美國(guó)和加拿大科學(xué)家開展的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明，已延用135年的阿倫尼烏斯公式需進(jìn)行修改，才能應(yīng)用于量子領(lǐng)域。相關(guān)論文發(fā)表于新一期《物理評(píng)論X》雜志。

阿倫尼烏斯公式由1903年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主、瑞典科學(xué)家斯萬(wàn)特·奧古斯特·阿倫尼烏斯創(chuàng)立，揭示了化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)隨溫度變化的關(guān)系。

在最新研究中，耶魯大學(xué)羅德里戈·科蒂尼亞斯等人，利用一個(gè)小型超導(dǎo)電路構(gòu)建了一個(gè)量子比特。他們利用微波，使電路中的電流在兩個(gè)勢(shì)能阱內(nèi)振蕩。由于量子隧穿效應(yīng)，系統(tǒng)內(nèi)的干擾可能會(huì)使量子比特意外地從一個(gè)勢(shì)能阱躍遷到另一個(gè)阱。

根據(jù)阿倫尼烏斯公式，增加兩個(gè)勢(shì)能阱之間的能量差，應(yīng)該會(huì)使量子比特在它們之間發(fā)生量子隧穿的頻率呈指數(shù)級(jí)下降，從而得到一條平滑的曲線，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻呈現(xiàn)為一條類似樓梯的鋸齒線。

研究人員分析發(fā)現(xiàn)，造成這一差異的原因在于量子比特的能級(jí)約束。在宏觀世界中，阿倫尼烏斯公式假設(shè)量子比特可擁有任何能級(jí)，但在量子理論中，只允許其擁有一組特殊的離散能級(jí)。因此，阿倫尼烏斯公式必須經(jīng)過(guò)修改，才能應(yīng)用于量子領(lǐng)域。研究人員表示，在易受量子效應(yīng)影響的系統(tǒng)中使用傳統(tǒng)的阿倫尼烏斯公式，可能會(huì)導(dǎo)致較大誤差。

這一意外發(fā)現(xiàn)幫助研究人員對(duì)量子比特進(jìn)行了改進(jìn)，使其在一個(gè)勢(shì)能阱中的停留時(shí)間相比以往延長(zhǎng)了10倍。這提升了量子比特的可靠性，對(duì)于量子計(jì)算機(jī)的研制至關(guān)重要。( 劉霞)