我们都知道许多现有的量子计算机都是基于超导电子系统，在超导电子系统中，电子在极低的温度下无电阻地流动。在这些系统中，电子流经精心设计的谐振器的量子力学性质创造了超导量子比特。这些量子比特在快速执行计算所需的逻辑运算方面非常出色。然而，存储信息——在这种情况下是量子态，特定量子系统的数学描述符——并不是它们的强项。量子工程师一直在寻找一种方法，通过为超导量子比特构建所谓的“量子存储器”来提高量子态的存储时间。

　　现在，加州理工学院科学家团队已经使用了一种混合方法来进行量子存储，有效地将电子信息转化为声音，这样超导量子比特的量子态可以在存储中存活的时间比其他技术长30倍。

　　这项新研究由加州理工学院的研究生Alkim Bozkurt和Omid Golami领导，由电子工程和应用物理学助理教授Mohammad Mirhosseini指导，发表在《自然物理学》杂志上。

　　“一旦你有了量子态，你可能不想马上对它做任何事情，”Mirhosseini说。“当你想要进行逻辑操作时，你需要有一种方法来回到它。为此，你需要一个量子存储器。”

　　此前，Mirhosseini的研究小组表明，声音，特别是声子，是振动的单个粒子(就像光子是光的单个粒子一样)，可以为存储量子信息提供一种方便的方法。他们在经典实验中测试的设备似乎非常适合与超导量子比特配对，因为它们在同样极高的千兆赫频率下工作(人类在赫兹和千赫兹频率下听到的声音至少要慢100万倍)。它们在低温下也表现良好，需要用超导量子比特来保持量子态，并且寿命长。

　　现在，Mirhosseini和他的同事们在芯片上制造了一个超导量子比特，并将其连接到一个科学家称之为机械振荡器的小设备上。从本质上讲，振荡器是一个微型音叉，由柔性板组成，由千兆赫频率的声波振动。当在这些板上放置电荷时，这些板可以与携带量子信息的电信号相互作用。这允许信息以管道的形式进入设备作为“存储器”进行存储，并在稍后以管道的形式输出或“记忆”。

　　研究人员仔细测量了一旦信息进入设备，振荡器失去其有价值的量子内容所需的时间。Mirhosseini说：“事实证明，这些振荡器的寿命是目前最好的超导量子比特的30倍。”

　　这种构建量子存储器的方法比以前的策略有几个优点。声波的传播速度比电磁波慢得多，这使得设备更加紧凑。此外，与电磁波不同，机械振动不会在自由空间中传播，这意味着能量不会从系统中泄漏出去。这允许延长存储时间，并减轻附近设备之间不希望的能量交换。这些优势表明，许多这样的音叉可以包含在一个芯片中，为制造量子存储器提供了一种潜在的可扩展方式。

　　Mirhosseini说，这项工作已经证明了电磁波和声波之间的最小相互作用，需要探测这种混合系统作为存储元件的价值。“为了让这个平台真正对量子计算有用，你需要能够将量子数据放入系统中，并更快地取出它。这意味着我们必须找到方法，在现有系统的能力基础上，将交互率提高3到10倍，”米尔侯赛尼说。幸运的是，他的团队对如何做到这一点有自己的想法。

　　这篇题为《微波光子的力学量子记忆》的论文的其他作者有余玥，他曾是米胡赛尼实验室的访问本科生;以及加州理工学院量子信息与物质研究所博士后学者、电子工程副研究员郝田。这项工作得到了空军科学研究办公室和国家科学基金会的资助。博兹库尔特得到了爱德曼研究生奖学金的资助。

　　以上是关于加州理工学院科学家利用声音来记忆量子信息的全部内容，如果还想了解更多关于美国留学申请方面的相关知识的，欢迎随时联系Tops6868或在线咨询，托普仕留学专注美国前30高校申请，多年名校申请经验助力你的留学申请。