北京量子信息科學(xué)研究院與多家單位合作，基于高硬度的單晶碳化硅薄膜材料，成功研制出多模態(tài)長(zhǎng)壽命的光聲量子存儲(chǔ)器，在模式穩(wěn)定性以及信息存儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)等關(guān)鍵性能上刷新了國(guó)際紀(jì)錄。日前，相關(guān)研究成果在《自然-通訊》上發(fā)表。

光聲接口器件是量子信息處理、量子計(jì)算和量子通信等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，在這些領(lǐng)域中，高品質(zhì)因子（Q因子）機(jī)械振子扮演著至關(guān)重要的角色，其性能的優(yōu)劣直接影響到量子信息的存儲(chǔ)、傳輸和處理效率，但傳統(tǒng)材料和結(jié)構(gòu)的機(jī)械振子在Q因子和頻率穩(wěn)定性等方面存在一定的局限性。

研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，在3C-SiC（立方碳化硅）薄膜晶體中發(fā)現(xiàn)了機(jī)械振動(dòng)模式簡(jiǎn)并破缺現(xiàn)象，不僅保留了高Q因子的特性，還為微波光聲接口系統(tǒng)的精確控制提供了更多選擇。為了驗(yàn)證3C-SiC膜晶體的性能，他們還設(shè)計(jì)并搭建了一套精巧的實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)精確控制外部驅(qū)動(dòng)功率和探測(cè)信號(hào)的頻率，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)械振子的動(dòng)態(tài)行為和關(guān)鍵參數(shù)。

應(yīng)力主導(dǎo)下方膜的模態(tài)形狀和有效機(jī)械電容

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，單晶碳化硅薄膜所提供的聲學(xué)模式具備極高的頻率穩(wěn)定性，為構(gòu)建多模態(tài)光聲存儲(chǔ)器件開(kāi)辟新篇章。它的優(yōu)異性能指標(biāo)為量子信息處理中的長(zhǎng)壽命存儲(chǔ)和低噪聲操作提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，其中，科研團(tuán)隊(duì)測(cè)得的群延遲時(shí)間刷新了世界紀(jì)錄，達(dá)到4035秒，這一成果在微波電機(jī)械系統(tǒng)中尚屬首次。此外，實(shí)驗(yàn)在振子的穩(wěn)定性、聲子的相干存儲(chǔ)時(shí)間等關(guān)鍵指標(biāo)上，也創(chuàng)下多個(gè)世界紀(jì)錄。

科研團(tuán)隊(duì)表示，該項(xiàng)研究中，長(zhǎng)時(shí)間高穩(wěn)定的機(jī)械振動(dòng)為固態(tài)量子信息存儲(chǔ)帶來(lái)了新的可能性，同時(shí)為高精度傳感器和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建帶來(lái)了新的機(jī)遇。后續(xù)，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步推動(dòng)多通道高性能“微波-光”量子相干接口核心儀器的構(gòu)建，為分布式量子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建提供重大支撐作用，為量子信息處理等領(lǐng)域提供高性能的物理平臺(tái)。