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Nat. Phys.：新设备成功将量子信息存储为声波
在《自然·物理学》杂志上发表的一篇论文中，加州理工学院电气工程和应用物理学助理教授Mohammad Mirhosseini展示了他的实验室开发的一种新方法，可以有效地将电量子状态转换为声音，反之亦然。这种类型的转换可能允许存储由未来量子计算机准备的量子信息，这些计算机可能由电路制成。
这种方法利用了声子——光子的光粒子的声音等价物(在量子力学中，所有的波都是粒子，反之亦然）。这个实验研究了用于存储量子信息的声子，因为建造可以存储这些机械波的小型设备相对容易。
为了理解声波是如何存储信息的，我们可以想象一个极富回声的房间。现在，假设你需要记住下午的杂货清单，所以，我们打开了那个房间的门，喊道：“鸡蛋、培根和牛奶！”然后关上门。一小时后，当要去杂货店的时候，我们打开门、把头探进去，听到自己的声音还在回荡：“鸡蛋、培根和牛奶！”
——我们刚刚成功用声波存储了信息。
当然，在现实世界中，这样的回声不会持续很久，而且我们的声音最终可能会扭曲：我们不再能听出自己的话，更不用说用整个房间来存储一点点数据，这是很荒谬的。
这次研究小组的解决方案是一个由柔性板组成的微小装置，这些柔性板被极高频率的声波振动。当电荷被放在这些板子上时，它们能够与携带量子信息的电信号相互作用。这使得这些信息可以通过管道进入该设备进行存储，并通过管道输出供以后使用。
据Mohammad Mirhosseini解释，以前的研究曾调查过一种被称为压电材料（piezoelectrics）的特殊类型，作为在量子应用中将机械能转换为电能的一种手段。
“然而，这些材料往往会导致电和声波的能量损失，而（这些）损失是量子世界中的一个大杀手。”Mirhosseini说。相比之下，Mirhosseini和他的团队开发的新方法独立于特定材料的属性，使其与基于微波的既定量子设备兼容。
Mirhosseini小组的研究生、该论文的主要作者Alkim Bozkurt说，创造具有小尺寸的有效存储设备一直是从事量子应用的研究人员的另一个实际挑战。“然而，我们的方法能够使电路中的量子信息的存储时间比其他紧凑型机械装置长两个数量级。”
此次实验团队提出了一个集成的腔体机电系统，能够在几个GHz的机械频率下实现MHz级别的耦合率。器件的制造是使用TiN-on-SOI材料系统进行的，它与超导量子比特和光机械晶体兼容。此外，通过依靠薄膜和单晶硅，显示出了800万以上的机械品质因数，对应于类似几何形状的压电器件的两个数量级的改进。
展望未来，团队表示，“我们设想了进一步改进所提出的设备的几个途径：静电传感器与具有超高阻抗的微波腔集成后，机电耦合率可以很容易地提高数倍、达到与压电平台完全相同的水平。”
通过适度的改进，预计在不久的将来这一实验可以达到毫秒级，有可能对基于机械的微波-光学互连、错误保护的玻色子量子比特和量子存储器产生变革性影响。
参考链接：[1]https://phys.org/news/2023-06-device-door-quantum.html[2]https://www.nature.com/articles/s41567-023-02080-w[3]https://www.hpcwire.com/off-the-wire/new-device-opens-door-to-storing-quantum-information-as-sound-waves/
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