新突破！量子计算机可缩至硬币尺寸

维也纳大学的物理学家测得一种磁振子，其寿命是以往观测数值的100倍。

数十年来，磁振子在量子技术领域前景广阔，但一项关键缺陷阻碍了它的实际应用：磁振子一经产生便会迅速消散。如今，由维也纳大学Andrii Chumak带领的国际物理学家团队，将磁振子的寿命提升了近两个数量级，从原先仅几百纳秒延长至最长18微秒。

研究人员还发现，磁振子的寿命瓶颈并非基础物理规律所致，主要受材料品质制约，这为研发寿命更长的磁振子指明了清晰方向。该研究突破有望最终实现超小型量子计算机，设备体积或许不超过一枚1美分硬币。相关研究成果已发表于《Science Advances》。

磁振子的研究价值

磁振子以磁化微波动的形式在磁性固体中传播，如同石子投入池塘后扩散开来的涟漪。光子能够在真空或光纤中传播，而磁振子只能在固态磁性材料内部运动。

磁振子的波长可缩小至纳米尺度，理论上，磁振子电路能够集成在尺寸不大于现有智能手机芯片的基板上。磁振子属于固体内部的激发态，可天然与声子、光子等多种基础准粒子发生相互作用。这让磁振子成为混合量子系统与量子计量领域极具潜力的核心单元。

此前研究的最大难题就是磁振子寿命过短。寿命指磁振子稳定传输量子信息的有效时长，过去实验测得的最长时长仅有几百纳秒，远远无法满足实用量子计算的需求。这支维也纳主导的团队如今取得重大进展，测出磁振子最长寿命可达18微秒，几乎是此前所有观测记录的百倍。在这一时间尺度下，磁振子不再是转瞬即逝的短暂信号，而是能长期稳定承载量子信息，功能与当前多款主流量子处理器所使用的超导量子比特相近。

延长磁振子寿命的实现方式

本次突破融合了两种技术思路。第一，团队采用短波磁振子，而非传统均匀型磁振子。短波磁振子天然不易受晶体表面缺陷影响，而这类表面缺陷正是此前实验缩短磁振子寿命的主要原因。第二，研究人员将超高纯钇铁石榴石（YIG）球形样品放入多相低温恒温器，冷却至30毫开尔文，温度仅比绝对零度高出极小数值。在这种极低温环境下，会损耗磁振子的热运动过程基本被完全抑制。

从右至左依次为Rostyslav Serha、Andrii Chumak、David Schmoll、Sebastian Knauer，四人站立在低温恒温器设备前。该设备用于生成并稳定维持超低温环境。

本次研究最重要的结论是：限制磁振子寿命的剩余因素并非基础自然定律，而是晶体中微量杂质。研究人员测试了三块纯度各不相同的球形样品，规律十分清晰：材料纯度越高，磁振子存活时间越久。即便纯度最低的样品，其磁振子寿命也超过了以往全部实验记录。这意味着后续性能提升的核心突破口在于改良材料，而非发掘全新物理机理，为后续持续攻关开辟了明确路径。

对量子技术发展的意义

当磁振子寿命达到18微秒后，它将不再只是高损耗的中间传输介质，还能作为芯片上稳定持久的量子存储器与低损耗传输通道。磁振子可沿同一条通路连接数百个量子比特，打造业界长期追求的“量子总线”，补齐可规模化量子计算机缺失的关键一环。

磁振子存在于固体内部，且可与多种量子系统耦合，因此它还能充当混合量子架构中的通用转换媒介，让原本难以互通的各类量子器件实现信号交互。