科技日报讯 （记者刘霞）圆形里德堡原子被视为量子模拟器和量子计算机中量子比特的理想候选者。在一项最新研究中，德国斯图加特大学第五物理研究所科学家刷新了单个圆形里德堡原子的寿命、尺寸和在光镊中的保持时间纪录，为打造更强大、算得更多、控得更准的量子系统开辟了新可能。相关论文发表于新一期《自然·通讯》杂志。

原子是构成物质的基本单元。原子中的电子按能级分层排布。当电子被激发到很高能级时，原子便成为里德堡原子。这种激发态原子可膨胀到微米级，尺寸比普通原子大成千上万倍，堪称原子世界的巨人。

而圆形里德堡原子更为特殊：电子沿接近圆形的轨道绕核运行，状态更稳、寿命更长，是量子比特的优良候选者。

然而，里德堡原子极其敏感，只能短暂保持稳定，这是高性能量子设备面临的一大难关。最新研究中，团队攻克难关，把稳定保持时间延长为原来的20多倍。

他们让里德堡原子中的高激发电子进入圆形轨道，使该状态稳定维持11毫秒，这是自由空间中类似状态时长的20多倍。其尺寸约为普通原子的1万倍。他们还用激光束把原子捕获了133毫秒，再创一项纪录。

这些纪录均在室温下取得，无需以往所需的昂贵液氦冷却。室温看似平静，其实并非如此，看不见的微波辐射会扰乱敏感的里德堡原子，破坏其稳定性。因此，这类实验此前离不开复杂的冷却系统。在最新研究中，团队把圆形里德堡原子置于两块透明导电板之间，以抑制微波干扰。结果表明，室温下同样可以获得寿命极长的圆形里德堡原子。

里德堡原子的高稳定性能让量子信息保存更久，也让原子间相互作用的控制更精准，从而帮助量子系统算得更久、错得更少。接下来，团队计划凭借该圆形里德堡原子实验平台，开发出新型量子计算机、量子模拟器和高精度量子传感器。