为什么科学家开始研究“铥原子”量子比特？

🧪 为什么科学家开始研究“铥原子”量子比特？——它可能是下一代量子计算的全能型选手近几年，量子计算的热门方向有三类：超导量子比特： 速度最快，但容易“忘事”（相干时间短）离子阱： 稳定但难扩展中性原子： 可扩展到几千个，比特数量未来几乎没有天花板其中，中性原子赛道竞争最激烈的，是铷（Rb）、铯（Cs）、镱（Yb）、锶（Sr）等熟面孔。然而，一篇 2025 年的研究突然亮出了一个“不太常见”的名字：👉 铥（Thulium, Tm）🌟 铥原子为什么值得量子计算界关注？因为它非常特别：它把 Rb/Cs 的“稳” 和 Sr/Yb 的“准” 融合在了一起。✔ 稳：像铯原子一样，铥可以用“微波”编码一个超稳定的量子比特实验测得的相干时间居然长达：55 秒！这在中性原子体系里属于“天花板级别”。（作为对比，很多超导量子比特的相干时间是几十微秒。）✔ 准：它同时拥有类似镱/锶的“光钟跃迁（1140 nm）”这意味着：读出更干净操作更精细能用光学方法做 qudit（多维量子比特）还能把量子态存到亚稳态里，就像存进“量子移动硬盘”这类“双态系统”，在量子计算架构里是高级能力。🧰 这篇论文里，他们到底做成了什么？作者首次实现：① 纯度接近完美的初态制备通过 RF + 微波的组合，把原子制备到 mF=0 超精细态，几乎没有杂质。② 长达 55 秒的相干时间通过 Ramsey 和 dynamical decoupling（动态去耦）测得。这是：已知中性原子体系中极靠前的结果超导体系基本没法比也比很多离子体系更优秀③ 基态 ↔ 光学亚稳态的相干转移亚稳态寿命 112 ms，他们成功完成：单光路转移（但受激光噪声影响）双色同时转移（激光噪声抵消）后者的相干性只受自然寿命限制，这非常理想。这一步，使铥具备了 混合微波–光学操作能力 —— 这是原子体系中极高阶的特性。🧭 铥适合未来量子计算平台吗？看完这项研究，答案是：非常适合。甚至可以说，是隐藏的大热门。原因包括：✔ 1. 能和镱原子共存它们的冷却波长接近 → 天然兼容双物种平台。这类似 Rb+Cs 双原子平台被认为是最强组合之一。✔ 2. 能做中性原子 Rydberg 门他们已经分析了适合铥的两光子 Rydberg 路径。Rydberg 门是当前中性原子量子计算的“主流两比特门”。✔ 3. 光镊平台能进一步放大优势不再受腔镜反射问题困扰操控效率更高单原子读出更精准适合大规模二维阵列✔ 4. 具有未来 qudit + 量子存储器潜力这意味着：可以在同一个原子里存多维信息也能做更强健的量子误差校正架构甚至适用于量子网络节点✨ 总结一句话：铥原子是一个兼具超长相干时间、丰富光学结构和高可扩展性的“全能型量子比特”。它让我们看到一种新的可能：未来的量子处理器，不只是微波体系，也不只是光学体系，而是像铥这样兼容两者的混合体系。