研究人员发现了一种保护高度脆弱的量子系统不受噪声影响的方法，这可能有助于设计和开发新的量子器件，例如超功率量子计算机。

来自剑桥大学的研究人员已经证明，即使微观粒子之间存在随机干扰，它们在长距离内仍能保持内在联系或纠缠。利用量子理论的数学，他们发现了一个简单的装置，利用量子系统中先前未知的对称性，即使在存在噪声的情况下，也可以制备和稳定纠缠粒子。

他们的研究结果发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上，为人们打开了一扇通往神秘量子世界的新窗口，在嘈杂的环境中保留量子效应，这是发展此类技术的最大障碍。利用这种能力将是超快量子计算机的核心。

量子系统是建立在原子水平上粒子的特殊行为之上的，它可以彻底改变复杂计算的方式。正常的计算机位是一个可以设置为1或0的电子开关，而量子比特或量子比特可以同时设置为1、0或两者。此外，当两个量子比特纠缠在一起时，对其中一个量子比特的操作会立即影响到另一个量子比特，无论它们相距多远。这种双态是量子计算机的能量来源。用纠缠量子位而不是普通比特构建的计算机，即使是最强大的超级计算机，其计算能力也远远超出了它的能力。

“然而，量子比特是极其挑剔的东西，其环境中最微小的一点噪音都可能导致它们的纠缠破裂，”该论文的第一作者、剑桥卡文迪什实验室的肖万·杜塔博士说在我们找到使量子系统更强大的方法之前，它们在现实世界中的应用将受到限制。”

几家最引人注目的公司，IBM和Google已经开发出了工作量子计算机，尽管到目前为止，这些计算机被限制在100个量子比特以下。它们需要与噪声几乎完全隔离，即使这样，它们的寿命也很短，只有几微秒。两家公司都计划在未来几年内开发1000台量子计算机，不过除非解决稳定性问题，否则量子计算机将无法实际应用。

现在，杜塔和他的合著者奈杰尔·库珀教授发现了一个强大的量子系统，在这个系统中，即使有很多噪声，多对量子比特仍然纠缠在一起。

他们模拟了一个晶格结构中的原子系统，原子之间强烈地相互作用，从晶格的一个位置跳到另一个位置。作者发现，如果在晶格的中间添加噪声，则不会影响左右两侧的纠缠粒子。这一令人惊讶的特征来自于一种特殊的对称性，这种对称性保存了这种纠缠对的数量。

杜塔说：“我们根本没想到这种稳定的纠缠。”我们偶然发现了这种隐藏的对称性，这在这些嘈杂的系统中非常罕见。”

他们发现这种隐藏的对称性保护了纠缠对，并允许它们的数量从零控制到一个大的最大值。类似的结论可以应用于广泛的物理系统，并且可以在实验平台上利用已有的成分实现，为在噪声环境中实现可控纠缠铺平了道路。

杜塔说：“不受控制的环境干扰对纠缠等量子效应的生存是不利的，但人们可以通过故意设计特定类型的干扰并观察粒子的反应来学到很多东西。”我们已经证明，一种简单形式的扰动实际上可以产生并保持许多纠缠对，这对该领域的实验发展是一个极大的激励。”

研究人员希望在明年用实验证实他们的理论发现。