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　　我們都知道許多現(xiàn)有的量子計(jì)算機(jī)都是基于超導(dǎo)電子系統(tǒng)，在超導(dǎo)電子系統(tǒng)中，電子在極低的溫度下無電阻地流動(dòng)。在這些系統(tǒng)中，電子流經(jīng)精心設(shè)計(jì)的諧振器的量子力學(xué)性質(zhì)創(chuàng)造了超導(dǎo)量子比特。這些量子比特在快速執(zhí)行計(jì)算所需的邏輯運(yùn)算方面非常出色。然而，存儲(chǔ)信息——在這種情況下是量子態(tài)，特定量子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述符——并不是它們的強(qiáng)項(xiàng)。量子工程師一直在尋找一種方法，通過為超導(dǎo)量子比特構(gòu)建所謂的“量子存儲(chǔ)器”來提高量子態(tài)的存儲(chǔ)時(shí)間。

　　現(xiàn)在，加州理工學(xué)院科學(xué)家團(tuán)隊(duì)已經(jīng)使用了一種混合方法來進(jìn)行量子存儲(chǔ)，有效地將電子信息轉(zhuǎn)化為聲音，這樣超導(dǎo)量子比特的量子態(tài)可以在存儲(chǔ)中存活的時(shí)間比其他技術(shù)長30倍。

　　這項(xiàng)新研究由加州理工學(xué)院的研究生Alkim Bozkurt和Omid Golami領(lǐng)導(dǎo)，由電子工程和應(yīng)用物理學(xué)助理教授Mohammad Mirhosseini指導(dǎo)，發(fā)表在《自然物理學(xué)》雜志上。

　　“一旦你有了量子態(tài)，你可能不想馬上對(duì)它做任何事情，”Mirhosseini說?！爱?dāng)你想要進(jìn)行邏輯操作時(shí)，你需要有一種方法來回到它。為此，你需要一個(gè)量子存儲(chǔ)器?！?/p>

　　此前，Mirhosseini的研究小組表明，聲音，特別是聲子，是振動(dòng)的單個(gè)粒子(就像光子是光的單個(gè)粒子一樣)，可以為存儲(chǔ)量子信息提供一種方便的方法。他們?cè)诮?jīng)典實(shí)驗(yàn)中測(cè)試的設(shè)備似乎非常適合與超導(dǎo)量子比特配對(duì)，因?yàn)樗鼈冊(cè)谕瑯訕O高的千兆赫頻率下工作(人類在赫茲和千赫茲頻率下聽到的聲音至少要慢100萬倍)。它們?cè)诘蜏叵乱脖憩F(xiàn)良好，需要用超導(dǎo)量子比特來保持量子態(tài)，并且壽命長。

　　現(xiàn)在，Mirhosseini和他的同事們?cè)谛酒现圃炝艘粋€(gè)超導(dǎo)量子比特，并將其連接到一個(gè)科學(xué)家稱之為機(jī)械振蕩器的小設(shè)備上。從本質(zhì)上講，振蕩器是一個(gè)微型音叉，由柔性板組成，由千兆赫頻率的聲波振動(dòng)。當(dāng)在這些板上放置電荷時(shí)，這些板可以與攜帶量子信息的電信號(hào)相互作用。這允許信息以管道的形式進(jìn)入設(shè)備作為“存儲(chǔ)器”進(jìn)行存儲(chǔ)，并在稍后以管道的形式輸出或“記憶”。

　　研究人員仔細(xì)測(cè)量了一旦信息進(jìn)入設(shè)備，振蕩器失去其有價(jià)值的量子內(nèi)容所需的時(shí)間。Mirhosseini說：“事實(shí)證明，這些振蕩器的壽命是目前最好的超導(dǎo)量子比特的30倍。”

　　這種構(gòu)建量子存儲(chǔ)器的方法比以前的策略有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。聲波的傳播速度比電磁波慢得多，這使得設(shè)備更加緊湊。此外，與電磁波不同，機(jī)械振動(dòng)不會(huì)在自由空間中傳播，這意味著能量不會(huì)從系統(tǒng)中泄漏出去。這允許延長存儲(chǔ)時(shí)間，并減輕附近設(shè)備之間不希望的能量交換。這些優(yōu)勢(shì)表明，許多這樣的音叉可以包含在一個(gè)芯片中，為制造量子存儲(chǔ)器提供了一種潛在的可擴(kuò)展方式。

　　Mirhosseini說，這項(xiàng)工作已經(jīng)證明了電磁波和聲波之間的最小相互作用，需要探測(cè)這種混合系統(tǒng)作為存儲(chǔ)元件的價(jià)值?！盀榱俗屵@個(gè)平臺(tái)真正對(duì)量子計(jì)算有用，你需要能夠?qū)⒘孔訑?shù)據(jù)放入系統(tǒng)中，并更快地取出它。這意味著我們必須找到方法，在現(xiàn)有系統(tǒng)的能力基礎(chǔ)上，將交互率提高3到10倍，”米爾侯賽尼說。幸運(yùn)的是，他的團(tuán)隊(duì)對(duì)如何做到這一點(diǎn)有自己的想法。

　　這篇題為《微波光子的力學(xué)量子記憶》的論文的其他作者有余玥，他曾是米胡賽尼實(shí)驗(yàn)室的訪問本科生;以及加州理工學(xué)院量子信息與物質(zhì)研究所博士后學(xué)者、電子工程副研究員郝田。這項(xiàng)工作得到了空軍科學(xué)研究辦公室和國家科學(xué)基金會(huì)的資助。博茲庫爾特得到了愛德曼研究生獎(jiǎng)學(xué)金的資助。

　　以上是關(guān)于加州理工學(xué)院科學(xué)家利用聲音來記憶量子信息的全部內(nèi)容，如果還想了解更多關(guān)于美國留學(xué)申請(qǐng)方面的相關(guān)知識(shí)的，歡迎隨時(shí)聯(lián)系Tops6868或在線咨詢，托普仕留學(xué)專注美國前30高校申請(qǐng)，多年名校申請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)助力你的留學(xué)申請(qǐng)。