近日，美国能源部（DOE）阿贡国家实验室、芝加哥大学、日本东北大学和韩国亚洲大学的研究团队提出了一个新的数学方程，使科学家能够在瞬间估计材料的相干时间。

在对 12,000 种元素和化合物的量子特性进行计算后，研究人员发布了一个新方程，用于估算材料可以保持量子信息的时间长度，这个方程称为“相干时间”。

这个方程允许科学家在瞬间估算出材料的相干时间，而不需要耗费数小时或数周的时间计算出精确的值。

该团队的方程适用于一类特定的材料——可用于自旋量子比特设备的材料。

“人们不得不依靠复杂的代码和计算来预测自旋量子位相干时间。但现在人们可以自己即时计算预测，”该研究的合著者、东北大学的 Shun Kanai 说。“这为研究人员提供了自行寻找下一代量子比特材料的机会。”

量子位是量子信息的基本单位，是经典计算机位的量子版本。它们有不同的形式和种类，包括一种称为自旋量子位的类型。自旋量子比特是所有原子和亚原子物质(如电子、原子和原子群)固有的量子特性。

科学家们预计，量子技术将能够帮助改善我们的日常生活。我们也许能够通过黑客无法穿透的量子通信网络发送信息，或者我们可以使用量子模拟来加速药物输送。

这种潜力的实现将依赖于拥有足够稳定（具有足够长的相干时间）的量子比特来存储、处理和发送信息。

虽然研究小组的方程式只给出了材料的相干时间的粗略预测，但它非常接近真实值。虽然这个方程不够精确，但它很方便。它只需要五个数字——材料的五个特定属性的值，就可以得到解。

金刚石和碳化硅是目前最成熟的承载自旋量子位元的材料。现在，科学家们可以探索其他候选材料，而不必花几天时间计算一种材料是否值得深入研究。

“这个方程就像一个镜头。它告诉你，‘看看这里，看看这种材料——它看起来很有希望，’”芝加哥大学教授和阿贡高级科学家 Giulia Galli 说，她是这项研究的合著者和Q-NEXT的合作者。“我们寻求新的量子比特平台，新材料。确定像这样的数学关系，指出了尝试和组合的新材料。”

有了这个方程，团队计划进一步提高其模型的准确性。

他们还将与那些能够创造出最有希望的一致性时间的材料的研究人员联系，测试他们的表现是否像方程预测的那样好。(该团队已经取得了一个显著的成功:团队外的一位科学家报告说，一种被称为钨酸钙的材料的相对较长的相干时间符合该团队的公式预测。）

论文共同作者、现任日本东北大学校长的Hideo Ohno教授表示:“我们的研究结果有助于推进当前的量子信息技术，但这还不是全部。它将打开新的可能性，通过连接量子技术和各种传统系统，让我们在我们已经熟悉的材料上取得更大的进展。我们正在推进不止一个的科学前沿。”

论文参考链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2121808119

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