構建魯棒且可擴展的量子計算機的關鍵在于開發長壽命量子比特。外電子處于高激發態的里德堡原子，由于它們的強相互作用，已成為有希望的候選者。然而，它們的致命弱點是壽命短，限制了相干時間——量子比特保持其量子信息的時間。

最近的一項研究解決了這一挑戰，他們創造了被捕獲在光鑷中的堿土原子的長壽命圓形里德堡量子比特。這這種方法克服了傳統里德堡原子系統的局限性，為構建大規模量子計算機鋪平了道路。

里德堡原子有一個獨特的特點：外層電子占據的軌道主量子數(n)非常高，因此軌道半徑很大。這個大半徑意味著里德堡原子之間的強相互作用，這是構建依賴于量子比特操縱的量子計算機的關鍵特性。通過操縱里德堡原子之間的相互作用，科學家可以執行量子邏輯門，這是量子計算的基本組成部分。

然而，使它們具有吸引力的特征——它們的高n態——也導致了它們的衰落。在這種狀態下，被激發的電子松散地束縛在原子核上，使它們容易通過光子的發射而衰變。這種快速衰減轉化為短相干時間，阻礙了它們在量子計算中的應用。

研究人員探索了一種延長里德堡量子比特相干時間的新方法：利用圓態。在圓形狀態下，受激電子的軌道呈環狀，類似于繞太陽運行的行星。這種特殊的結構提供了一個至關重要的優勢：控制能級之間躍遷概率的選擇規則，顯著地抑制了圓形狀態的衰變。因此，與非圓形狀態相比，這些狀態表現出更長的壽命。(www.ws46.com)

這個實驗使用了鍶原子，一種堿土元素。研究人員使用光學鑷子捕獲這些原子，聚焦光束將原子限制在特定區域。這種捕獲機制允許對原子進行精確的操縱和控制。

該團隊在室溫下成功地在鍶原子中創造了主量子數高達79的圓形里德堡態。值得注意的是，這些狀態的壽命為2.5毫秒(ms)，這是迄今為止在室溫下觀察到的壽命最長的里德堡原子。這種延長的壽命意味著相干時間的顯著改善，這是構建實用量子計算機的關鍵一步。

研究人員還通過用電容器板包圍被捕獲的原子，進一步提高了圓形里德堡態的壽命。這些板抑制了黑體輻射的有害影響，黑體輻射是由任何高于絕對零度的物體發出的電磁輻射。黑體輻射可以誘導里德堡格原子之間的能級躍遷，加速它們的衰變。通過減輕這種影響，研究人員能夠進一步延長其量子比特的相干時間。

長壽命圓形里德堡量子比特的成就代表了可擴展量子計算機發展的重大飛躍。相干時間的延長為復雜量子運算和更大量子電路的構建鋪平了道路。然而，挑戰依然存在。雖然報道的相干時間有了顯著的改善，但在實際量子計算中仍需要進一步擴展。此外，將這種方法擴展到更大數量的量子比特，將需要捕獲技術的進一步進步，并在大量相互作用的里德堡格原子之間保持一致性。