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)長壽命的光聲量子存儲器，在模式穩(wěn)定性以及信息存儲時長等關(guān)鍵性能上刷新了國際紀(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、傳輸和處理效率，但傳統(tǒng)材料和結(jié)構(gòu)的機械振子在Q因子和頻率穩(wěn)定性等方面存在一定的局限性。

研究團隊另辟蹊徑，在3C-SiC（立方碳化硅）薄膜晶體中發(fā)現(xiàn)了機械振動模式簡并破缺現(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。為了驗證3C-SiC膜晶體的性能，他們還設(shè)計并搭建了一套精巧的實驗裝置，通過精確控制外部驅(qū)動功率和探測信號的頻率，實時監(jiān)測機械振子的動態(tài)行為和關(guān)鍵參數(shù)。

應(yīng)力主導(dǎo)下方膜的模態(tài)形狀和有效機械電容

實驗結(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)光聲存儲器件開辟新篇章。它的優(yōu)異性能指標(biāo)為量子信息處理中的長壽命存儲和低噪聲操作提供了堅實的基礎(chǔ)，其中，科研團隊測得的群延遲時間刷新了世界紀(jì)錄，達(dá)到4035秒，這一成果在微波電機械系統(tǒng)中尚屬首次。此外，實驗在振子的穩(wěn)定性、聲子的相干存儲時間等關(guān)鍵指標(biāo)上，也創(chuàng)下多個世界紀(jì)錄。

科研團隊表示，該項研究中，長時間高穩(wěn)定的機械振動為固態(tài)量子信息存儲帶來了新的可能性，同時為高精度傳感器和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建帶來了新的機遇。后續(xù)，團隊將進(jìn)一步推動多通道高性能“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。