由Gerhard Kirchmair领导的实验物理学家与芬兰奥卢大学的理论物理学家一起，首次成功地控制了超导量子比特中受保护的量子态——即所谓的暗态。并将纠缠态的鲁棒性提高了500倍，使其能用于量子模拟等用途。他们在近期的《自然物理学》上发表了这一研究成果。

在奥地利科学院量子光学和量子信息研究所(IQOQI)的Gerhard Kirchmair实验室中，研究人员将超导量子比特与波导耦合。当几个这样的量子比特中被纳入到波导中时，它们会发生相互作用，从而产生所谓的暗态。该论文的第一作者Max Zanner解释道：“这些是与外界完全解耦的纠缠量子态。”

“可以这么说，它们是不可见的，这就是为什么它们被称之为暗态。”这些态对于量子模拟或量子信息的处理是有意义的，并且近年来已经提出了几次相应的建议。然而迄今为止，还不可能在不破坏它们隐形性的情况下适当地控制和操纵这些暗态。现在，Kirchmair的团队开发了一种系统，可以从外部来操纵微波波导中超导电路的暗态。

同时也是因斯布鲁克大学实验物理学教授的Kirchmair说：“到目前为止，问题一直是要如何控制与环境完全脱钩的暗态。通过一个技巧，我们现在成功地找到了进入这些暗态的途径。”

他的团队在微波波导中构建了四个超导量子比特，并通过两个横向入口连接了控制线。利用这些导线并使用微波辐射，可以操纵这种暗态。这四个超导电路一起形成了一个强大的量子比特，其存储时间大约是单个电路的500倍。该量子比特中同时存在多个暗态，可用于量子模拟和量子信息处理。

该研究团队开发的控制暗态的方法理论上不仅可以通过超导量子比特来实现，还可以在其他技术平台上实现。芬兰奥卢大学纳米和分子系统研究部的Matti Silveri说：“原则上，这个系统可以进行任意扩展。”

Gerhard Kirchmair强调说：“我们使用的电路，其功能类似于人造原子，但它比真实原子具有优势，后者更难与波导进行强耦合。”

该实验的成功为进一步研究暗态及其可能的应用奠定了基础。目前，该研究主要还是针对的基础研究领域，关于这些量子系统的性质仍有许多悬而未决的问题。（编译:Qtech）