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當前，大多數量子計算機依賴超導金屬、單個離子、光子或其他微小電路組成的量子位。然而，德國馬克斯·普朗克量子光學研究所的物理學家成功地從一個微小的機械裝置中創造出一個可工作的量子比特，這一突破讓人聯想到20世紀初的機械計算機，該研究成果已刊登在最新一期的《科學》（Science）雜志上。 理論上，一個極其微小的機械振動部件可以作為量子位。在最小的尺度上，振動是量子化的，由稱為聲子的微小能量包構成，類似于光由特定能量的光子組成。然而，機械振蕩器在構建量子位方面并非易事。 第一個難點在于如何讓設備盡可能保持靜止狀態。另一難題則是機械振蕩器的“諧波”能量狀態類似階梯狀均勻分布，這使得分離和控制其中的兩個狀態來形成量子位極為困難。 如今，研究人員通過采用由兩個部分構成的系統解決了這一問題。一部分是機械諧振器——在400微米厚的藍寶石晶體上沉積了一個微小的氮化鋁圓頂，該圓頂通過振蕩電壓進行膨脹和收縮，將振動傳遞至材料內部。 另一部分由超導量子比特組成，它帶有一個微小的天線，放置在另一片類似的藍寶石晶體上。物理學家將兩塊晶體疊加，使天線位于氮化鋁圓頂的正上方。這樣一來，超導量子比特中的電流波動便會激發機械振蕩器的振動。這些振動在晶體表面間反復反射，在消散前可循環數億次。 研究的關鍵在于，科學家能夠微調超導量子比特的振蕩電流，使其頻率與機械振蕩器稍有差異。結果，超導量子比特的量子態與機械振蕩器的量子態形成了輕微的耦合，創造出一個單一系統，在其中，雜化態的能量不再均勻分布。 《科學》網站（www.science.org） |
