北京量子信息科學(xué)研究院攜手多家科研機(jī)構(gòu)，近期取得了一項(xiàng)突破性進(jìn)展。他們基于高硬度單晶碳化硅薄膜材料，成功打造了一款多模態(tài)長壽命的光聲量子存儲(chǔ)器。這一創(chuàng)新成果不僅刷新了國際上的多項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)，還在《自然-通訊》期刊上發(fā)表了相關(guān)研究成果。
在量子信息處理、量子計(jì)算和量子通信等領(lǐng)域，光聲接口器件是不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。其中，高品質(zhì)因子（Q因子）機(jī)械振子的性能，對(duì)量子信息的存儲(chǔ)、傳輸和處理效率有著至關(guān)重要的影響。然而，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)定性方面存在明顯局限。
為了克服這些局限，研究團(tuán)隊(duì)在3C-SiC（立方碳化硅）薄膜晶體中發(fā)現(xiàn)了機(jī)械振動(dòng)模式簡并破缺現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)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薄膜晶體的性能，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并搭建了一套精密的實(shí)驗(yàn)裝置，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)械振子的動(dòng)態(tài)行為和關(guān)鍵參數(shù)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，單晶碳化硅薄膜所提供的聲學(xué)模式具有出色的頻率穩(wěn)定性。應(yīng)用了這種薄膜的多模態(tài)光聲存儲(chǔ)器件，在信息存儲(chǔ)時(shí)長上刷新了世界紀(jì)錄，達(dá)到了驚人的4035秒。該實(shí)驗(yàn)還在振子的穩(wěn)定性、聲子的相干存儲(chǔ)時(shí)間等關(guān)鍵指標(biāo)上創(chuàng)造了多個(gè)新的世界紀(jì)錄。
這一突破性成果為固態(tài)量子信息存儲(chǔ)帶來了新的可能性。研究團(tuán)隊(duì)表示，長時(shí)間高穩(wěn)定的機(jī)械振動(dòng)不僅為高精度傳感器和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建提供了新機(jī)遇，還為分布式量子網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。未來，這一技術(shù)有望為量子信息處理等領(lǐng)域提供高性能的物理平臺(tái)。
為了進(jìn)一步推動(dòng)這一領(lǐng)域的發(fā)展，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃繼續(xù)深入探索多通道高性能“微波-光”量子相干接口核心儀器的構(gòu)建。他們相信，這一努力將為量子信息技術(shù)的未來發(fā)展提供強(qiáng)有力的支撐。
此次成功不僅是對(duì)單晶碳化硅薄膜材料應(yīng)用的一次重大突破，也是量子信息技術(shù)領(lǐng)域的一次重要里程碑。隨著研究的深入，我們有理由期待更多創(chuàng)新成果的出現(xiàn)，為人類探索量子世界的奧秘打開新的大門。
