巴塞尔大学的科学家们首次实现了在相当距离上稳态耦合两个安德烈夫量子比特的突破性成就。他们通过利用在狭窄超导谐振腔中产生的微波光子实现了这一目标。他们的研究成果已在《自然物理》杂志上发表，为安德烈夫量子比特在量子通信和量子计算领域的潜在应用铺平了道路。
量子通信和计算依赖于量子比特（qubits）作为其基本信息单位，类似于经典计算机中的比特。在全球范围内正在探索的多种方法中，安德烈夫对偶量子比特显得尤为有前景。
安德烈夫量子比特是在金属与超导体之间的接点处通过一种称为安德烈夫反射的过程生成的。在这个过程中，金属中的一个电子进入超导体，成为一个电子对（具体来说，是一个库珀对）的一部分，同时一个像正粒子一样起作用的空穴反射回金属。这一机制在这些材料的界面产生了独特的束缚态对，称为安德烈夫束缚态，它们可以作为量子比特的基本状态。这些状态在外部干扰下相对稳定，而相干时间——即维持叠加态的时间——也异常长。此外，它们还可以轻松地操纵并集成到现代电子电路中。这些特性使其在实现可靠和可扩展的量子计算机方面具有高度的优势。
两个量子系统之间的相互连接
研究人员成功地在各自位于半导体纳米线中的两个安德烈夫量子比特之间建立了强量子力学耦合。实验结果与理论预测完美一致。
“我们成功地在一段显著的距离上耦合了两个安德烈夫对量子比特，这两个量子比特位于一个较长的超导微波谐振腔的两端。这个设置使得谐振腔与量子比特之间可以交换微波光子，”巴塞尔大学物理系及瑞士纳米科学研究所的克里斯蒂安·舍嫩伯格教授解释道，他的团队进行了这些实验。
微波谐振腔有两个关键功能：一是允许研究人员利用谐振腔读取量子比特，从而提供其量子状态的洞察。另一种模式使得两个量子比特能够相互耦合，使它们能够在不损失微波光子的情况下进行“通信”。因此，这些量子比特不再作为独立实体运作，而是共享一个新的组合量子状态——这是量子通信和计算的一个重要进展。
“在我们的研究中，我们整合了三个量子系统，以便它们之间能够实现光子交换。我们的量子比特大小约为100纳米，但我们在6毫米的宏观距离上连接了它们，”文章的共同作者安德烈亚斯·鲍姆加特纳博士说。“这证明了安德烈夫对量子比特作为紧凑且可扩展的固态量子比特的可行性。”
这项研究是在巴塞尔大学、哥本哈根大学、卡尔斯鲁厄大学和耶鲁大学的团队的合作努力下进行的，属于欧洲FET开放倡议AndQC的一部分。
