普林斯頓大學的研究人員最近研發出一種新的超導量子比特，其相干時間比以往實驗室研究報告的長三倍。該量子比特使用的技術是轉子量子比特（transmon qubits），這種技術也被 Google 和 IBM 採用。不過，根據普林斯頓大學的報導，該校開發的量子比特相干時間比這些科技巨頭所使用的技術好上 15 倍。
量子電腦被視為下一代計算的聖杯，承諾能進行傳統電腦無法處理的計算。近期在這一領域的進展促使各大公司加速推動該技術的商業應用。然而，仍然有許多未解決的問題需要處理，才能讓量子電腦走入主流。其中一個主要問題是量子比特的壽命，稱為相干時間，它定義了量子比特在失效之前能夠保存信息的時間。一旦量子比特失效，就無法進行複雜計算，信息的丟失可能會引發錯誤，進一步複雜化量子計算的使用。
普林斯頓新開發的量子比特解決了這一量子計算研究中的核心問題。那麼，這種量子比特是如何製作的呢？轉子量子比特是另一種在量子研究中使用的量子比特，必須在極低的溫度下運行。許多公司如 Google 和 IBM 採用轉子量子比特的原因在於其對干擾的高容忍度和製造的便利性。然而，研究表明，改善這類量子比特的相干時間極其困難，主要原因在於製造中使用的材料質量。因此，普林斯頓的研究人員在 Nathalie de Leon 和 Andrew Houck 的帶領下，開始探索材料更改的可能性。
在另一位大學化學家 Robert Cava 的協助下，該團隊選用了稀土元素鈮（tantalum）來構建其量子電路。鈮極為堅固，能抵抗在製造過程中去除污染的嚴苛清潔程序。最終，這種在藍寶石基底上製作的電路顯示出相干時間的提升，但團隊還觀察到藍寶石基底的能量損失較大，決定將其更換為高品質的矽，這在現代計算中被廣泛使用。
在矽基底上製造量子比特技術上相當具有挑戰性，但普林斯頓團隊堅持不懈，最終成功克服了技術障礙。結果是他們的轉子量子比特的相干時間比 Google 和 IBM 目前所達到的高出 15 倍。Houck 表示，簡單地將普林斯頓製造的量子比特放入 Google 最佳的量子處理器 Willow 中，性能將提升 1,000 倍。值得注意的是，隨著系統規模的增加，量子比特的優勢會越來越明顯，因此增加更多的量子比特將進一步提升系統的性能。Houck 估計，假設一台 1,000 個量子比特的電腦，其性能將比當今最佳的量子電腦好上約 10 億倍。
de Leon 表示：「我們已經證明了在矽材料中實現這一點是可能的。我們展示了實現這類相干時間的關鍵步驟和重要特徵，這對於任何正在開發擴展處理器的人來說，都變得相對容易。」這項研究成果已發表在《自然》期刊上。
