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近日，從中國科大獲悉，該校中國科學院微觀磁共振重點實驗室杜江峰、王亞等人在高保真度量子比特讀出方面取得重要進展，提出瞭不同於傳統思路的新型自旋電荷轉化方法，將“脆弱”的自旋量子態信息轉移到“皮實”的電荷狀態上，從而實現更高保真度的量子比特讀出。

在日常生活中，我們若是一時看不清紙上的字，隻需要多看一眼，即增加測量時間，就能分辨出字形。這裡一個看起來很天然的前提是，無論我們盯著讀多久，紙上的字都不會被“讀壞”；而在微觀世界，測量時，量子比特非常脆弱，其狀態極易被破壞，嚴重限制瞭讀出保真度。

為抵抗自旋翻轉過程帶來的誤差以及保證器件產率，中國科大研究團隊將不耐讀的自旋態替換成皮實、耐讀的觀測量再做讀出，實驗結果顯示，此新方法將誤差壓制到瞭4.6%。

自旋電荷轉化原理及邏輯圖

另外，該研究確定性地證明瞭紅外光通過單光子過程電離NV-激發態。同時，研究提供瞭支持光電離模型的關鍵實驗證據，並且與目前部分第一性原理模型預測截然不同，可以為相關理論提供實驗修正參考。

除此之外，新方法可以與光學結構等傳統手段兼容，豐富瞭固態自旋的高保真度讀出工具箱，在量子信息處理和量子精密測量方面具有重要應用。進一步提升紅外光電離速率，有望突破量子比特讀出的容錯閾值。結合單電子晶體管讀出技術，可實現光電集成化的量子芯片。紅外波段對生物組織等樣品光損傷更小，該技術可大幅提升量子傳感探測效率。

該研究成果於近日在《自然-通訊》上發表。中國科學院微觀磁共振重點實驗室的特任副研究員張琪、博士研究生郭宇航和博士後研究員季文韜為該文共同第一作者，杜江峰教授和王亞教授為共同通訊作者。該研究得到瞭科技部、國傢自然科學基金委、中國科學院和安徽省的資助。