量子计算机在处理传统机器难以应对的问题上展现出潜力，但退相干问题限制了其发展。当量子比特与环境相互作用时，信息容易丢失，电磁噪声也会破坏量子态。查尔姆斯理工大学的研究人员设计了一种新型量子系统，围绕巨型超原子构建，旨在减少退相干并提升稳定性。

这项研究由博士后研究员杜磊主导，将巨型原子和超原子概念首次融合。巨型原子在多个点连接光波或声波，产生“量子回声”效应，有助于保存量子信息。超原子则由多个原子共享量子态，作为整体行动。巨型超原子结合了这两种特性，为控制量子信息提供了新工具。

“巨型超原子可以被设想为多个巨型原子作为一个实体协同工作，表现出光与物质之间的非局域相互作用。这使得来自多个量子比特的量子信息能够在一个单元内存储和控制，而无需日益复杂的周围电路，”杜磊解释道。该研究合著者Anton Frisk Kockum补充道：“这种自相互作用导致高度有益的量子效应，减少退相干，并赋予系统一种对过去相互作用的记忆形式。”

巨型超原子系统有望扩展量子纠缠能力，这对于构建强大量子计算机至关重要。研究人员描述了两种连接方式：一种紧密排列以传递量子态而不丢失信息，另一种远距离连接以分发纠缠。这为量子通信和网络应用铺平了道路。

查尔姆斯理工大学应用量子物理学教授Janine Splettstoesser表示：“巨型超原子开启了全新能力的大门，为我们提供了一个强大的新工具箱。它们使我们能够以前所未有的、甚至以前不可能的方式控制量子信息和创造纠缠。”该设计可与其他量子技术集成，推动可扩展且实用的量子系统发展。

出版详情：作者：Lei Du, Xin Wang, Anton Frisk Kockum, Janine Splettstoesser；标题：《“Giant superatoms” could finally solve quantum computing’s biggest problem》；发表于：《Physical Review Letters》(2025)；期刊信息: Physical Review Letters