北京量子信息科學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錄，達到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)鍵指標上，也創(chuàng)下多個世界紀錄。

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。