近日，在日本九州大學(xué)工程學(xué)院副教授柳井伸宏及其研究團(tuán)隊(duì)的努力下，室溫下的量子相干已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，日本九州大學(xué)的宮田清副教授和神戶(hù)大學(xué)的小堀康弘教授對(duì)此也功不可沒(méi)。他們的研究揭示了在地球表面就能保持定義明確的量子態(tài)，不受外部干擾的影響。

他們的科學(xué)實(shí)驗(yàn)得出了一組理想的條件，在室溫下通過(guò)微波操縱在五元子級(jí)中產(chǎn)生量子自旋相干性至關(guān)重要，因?yàn)榱孔酉到y(tǒng)需要在不受環(huán)境干擾的穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行一段時(shí)間。

小堀康弘教授在一份相關(guān)文件中披露了多部門(mén)的研究成果，這是首次實(shí)現(xiàn)糾纏五元體的室溫量子相干。這一發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵在于發(fā)色團(tuán)——一種光吸收染料分子與金屬有機(jī)框架（MOF），由金屬離子和有機(jī)配體組成的納米多孔晶體材料的結(jié)合。

上述的一定時(shí)間僅以納秒為單位，因此還需要進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)工作和進(jìn)一步的改進(jìn)，以延長(zhǎng)這一狀態(tài)，形成更好的條件。

他們的研究成果標(biāo)志著量子計(jì)算和傳感技術(shù)取得了重大進(jìn)展。量子計(jì)算被定位為計(jì)算技術(shù)的下一個(gè)重大進(jìn)步，而量子傳感則是一種利用量子比特（經(jīng)典計(jì)算中比特的量子類(lèi)似物，可存在于0和1的疊加中）的量子力學(xué)特性的傳感技術(shù)。

實(shí)現(xiàn)量子比特可以采用多種系統(tǒng)，其中一種方法是利用電子的固有自旋——一種與粒子磁矩相關(guān)的量子特性。電子有兩種自旋狀態(tài)：自旋上升和自旋下降?；谧孕牧孔游豢梢栽谶@兩種狀態(tài)的組合中存在，并且可以“糾纏”，從而可以從一個(gè)量子位推斷出另一個(gè)量子位的狀態(tài)。

利用量子糾纏態(tài)對(duì)環(huán)境噪聲極其敏感的特性，量子傳感技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)技術(shù)更高分辨率和靈敏度的傳感。然而，迄今為止，要糾纏四個(gè)電子并使其對(duì)外部分子做出反應(yīng)，即利用納米多孔MOF實(shí)現(xiàn)量子傳感，一直是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

值得注意的是，發(fā)色團(tuán)在室溫下可通過(guò)一種稱(chēng)為單子裂變的過(guò)程激發(fā)具有理想電子自旋的電子。然而，室溫會(huì)導(dǎo)致量子比特中存儲(chǔ)的量子信息失去量子疊加和糾纏。因此，通常只有在液氮溫度下才能實(shí)現(xiàn)量子相干。

為了抑制分子運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)室溫量子相干性，研究人員在UiO型MOF中引入了一種基于五碳烯（由五個(gè)線(xiàn)性融合的苯環(huán)組成的多環(huán)芳烴）的發(fā)色團(tuán)?！斑@項(xiàng)研究中的 MOF 是一種獨(dú)特的系統(tǒng)，可以密集地積聚發(fā)色團(tuán)。此外，晶體內(nèi)部的納米孔使發(fā)色團(tuán)能夠旋轉(zhuǎn)，但角度非常有限?！绷旌杲淌谡f(shuō)。

MOF結(jié)構(gòu)促進(jìn)了并五苯單元的足夠運(yùn)動(dòng)， 使電子從三重態(tài)過(guò)渡到五重態(tài)，同時(shí)在室溫下也充分抑制了運(yùn)動(dòng)，以保持五重多激子態(tài)的量子相干性。用微波脈沖對(duì)電子進(jìn)行光激發(fā)后，研究人員可以在室溫下觀(guān)察到超過(guò)100納秒的量子相干性。小堀康弘表示，這是糾纏五元體的首次室溫量子相干。

雖然只觀(guān)測(cè)到了納秒級(jí)的相干性，但這些發(fā)現(xiàn)將為設(shè)計(jì)在室溫下生成多個(gè)量子比特的材料鋪平道路。通過(guò)尋找能誘導(dǎo)更多此類(lèi)被抑制運(yùn)動(dòng)的客體分子，并開(kāi)發(fā)合適的M O F結(jié)構(gòu)，未來(lái)將有可能更高效地生成五元組多激子態(tài)量子比特。這將為基于多量子門(mén)控制和各種目標(biāo)化合物的量子傳感的室溫分子量子計(jì)算打開(kāi)大門(mén)。（ 綜合整理報(bào)道） （ 策劃/羅媛）