以长远眼光,在多元且开放氛围中发展基础科学

我自2011年以来一直在清华大学从事离子阱量子计算研究。我想强调的是更加开放的国际交流与合作,能够使科学研究从跟随走向领先,这非常重要。我出生于韩国,并在这里获得了自己的学士、硕士及博士学位。之后,我分别在奥地利因斯布鲁克大学与美国马里兰大学进行博士后研究。在科学技术领域,我拥有丰富经验,曾在韩国、中国、美国和欧洲从事原子物理学研究。特别是在政府的支持下,我们得以在清华大学研发量子计算机。在研究期间,我有11名学生获得了博士学位,这些学生在各个大学、研究所及公司从事相关研究并作出了贡献。

Developing Basic Science in a Diverse and Open Atmosphere with a Long-term Perspective

I have been researching developing quantum computers with trapped ions at Tsinghua University since 2011.In this article,I would like to briefly review the develop-ment,the current status and position,and the potential for the future of Chinese academia of science and tech-nology in the world.Furthermore,based on my experi-ence at Tsinghua University,I would like to emphasize that more international openness,exchanges,and cooperation are essential to moving from the following research to leading research in the future.

相干时间超过10 min的单离子量子比特

能够长时间储存量子信息的量子存储设备是实现大规模量子计算和量子通信的基本要素.与其他量子计算平台相比,囚禁离子系统的优势之一在于具有很长的相干时间.此前,基于囚禁离子的单量子比特相干时间不到1 min.研究发现,在囚禁离子系统中,限制量子比特相干时间的主要因素是运动能级加热和环境噪声,其中后者包含环境磁场涨落和微波相位噪声.在同时囚禁171Yb+离子和138Ba+离子的混合囚禁系统中,通过实施协同冷却和动力学解耦,可以实现相干时间超过10 min的单离子量子比特.这一技术有望用于实现量子密码学和搭建混合量子计算平台.

2012年诺贝尔物理学奖:大卫·维因兰德

文章介绍了大卫·维因兰德由于找到了能够测量和操控单个量子系统的突破性实验方法,特别是由于他在离子阱方面的贡献,而与塞尔日·阿罗什共同获得了2012年的诺贝尔物理学奖。大卫·维因兰德带动了离子阱技术的发展,在量子计算方面为量子物理开辟了一片新天地。他还通过实验研究使原子钟达到了前所未有的精度。文章简述了大卫·维因兰德研究离子阱的历史,介绍了他在以离子阱技术为基础的量子计算方面和离子原子钟的发展方面所取得的科研成果。

单量子比特储存时间刷新世界记录——拥有超过10分钟相干时间的单离子量子比特

量子力学和经典力学最大的区别在于允许两个甚至多个不同的态同时存在,也就是量子叠加态。量子计算机的优越性来自于生成并使用这些相干的叠加态,使得我们能够通过指数增长的态空间进行大量的并行计算。然而,当量子系统不是完美孤立,而和环境有耦合时,相干性会随时间的增加而衰减,与此同时量子特性也会逐渐消失。这将导致科学家们能够使用和观测量子特性的时间窗口很短,局限了量子技术的应用价值。