機械量子比特實驗系統(tǒng)。圖片來源:瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院

瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院研究人員成功創(chuàng)建出首個可操控的機械量子比特,其能以穩(wěn)態(tài)、振動或兩者疊加的狀態(tài)保存信息。研究人員表示,機械量子比特“壽命”更長,為探測引力波等其他量子比特無法檢測的微弱力場開辟了新途徑。相關論文發(fā)表于最新一期《科學》雜志。

研究人員表示,傳統(tǒng)量子比特存在壽命(量子相干時間)短、易出錯等問題,限制了它們的實際應用。于是,他們將目光投向機械量子比特。

為制造出機械量子比特,研究人員巧妙設計出一個雙組件系統(tǒng)。他們首先在一個400微米厚的藍寶石晶體上放置了一個微小的氮化鋁圓頂,這一機械諧振器能對振蕩電壓作出響應,在材料中產(chǎn)生振動,為實現(xiàn)長相干時間提供了可能。然后,他們將配備微型天線的超導量子比特固定在相似的藍寶石晶體上。

隨后,他們將兩個晶體堆疊起來,并調節(jié)超導量子比特的振蕩電流,使其頻率與機械振子的頻率略微不同,導致超導量子比特的量子態(tài)與機械振子的量子態(tài)輕微融合,且融合態(tài)的能量不會均勻分布。他們將融合系統(tǒng)的兩個最低能態(tài)隔離出來,作為量子比特的0和1,最終得到了一個相干時間長于其他類型量子比特的機械量子比特。

研究人員計劃使用不同材料來延長機械量子比特的相干時間,并且希望通過執(zhí)行基本的邏輯運算來測試其在實際計算應用中的性能。

不過,研究人員也坦言,這一機械量子比特的保真度僅為60%,而目前量子比特的最高保真度超過99%。