科学探索|斯坦福大学的新试验性硬件将机械装置融入量子技术中( 二 ) 斯坦福大学的新试验性硬件将

"就像光波被量化为光子一样，声波被量化为称为声子的'粒子'，克利兰说，"通过在我们的设备中结合这些不同形式的能量，我们创造了一种混合量子技术，同时利用了两者的优势。"
这些声子的产生允许每个纳米机械振荡器像一个寄存器一样行事，这是计算机中最小的可能的数据保存元件，并由量子比特提供数据。与量子位一样，振荡器相应地也可以处于叠加状态--它们可以同时处于激发（代表1）和非激发（代表0）状态。超导电路使研究人员能够准备、读出和修改存储在寄存器中的数据，概念上类似于传统（非量子）计算机的工作方式。
利用纠缠
除了叠加，该设备中的光子和谐振器之间的联系进一步利用了另一个重要的量子力学现象，即纠缠。纠缠状态之所以如此反常，而且在实验室中也是出了名的难以创造，是因为关于系统状态的信息分布在一些部件上。在这些系统中，有可能同时知道两个粒子的一切，但对其中一个单独观察的粒子却一无所知。想象一下，两枚硬币在两个不同的地方被翻转，并被观察到以相同的概率随机落地为头或尾，但当不同地方的测量结果被比较时，它们总是相关的；也就是说，如果一个硬币落地为尾，另一个硬币就保证落地为头。
操纵多个量子比特，所有这些都处于叠加和纠缠状态，是为计算和传感提供动力的重要步骤，这也是备受追捧的基于量子的核心技术。"萨法维·纳伊尼说："如果没有叠加和大量的纠缠，你就无法建立一个量子计算机。"
为了在实验中展示这些量子效应，斯坦福大学的研究人员产生了一个单一的量子比特，作为一个光子存储在底部芯片的电路中。然后让该电路与顶部芯片上的一个机械振荡器交换能量，再将剩余的信息转移到第二个机械装置上。通过以这种方式交换能量--首先与一个机械振荡器交换，然后与第二个振荡器交换--研究人员将该电路作为工具，以量子力学方式将两个机械谐振器相互纠缠在一起。
沃拉克说："量子力学的怪异性在这里得到了充分展示。"不仅声音是以离散的单位出现的，而且一个声音粒子可以在两个纠缠的宏观物体之间共享，每个物体都有数万亿的原子在协同运动--或不运动。"
为了最终进行实际计算，持续纠缠或相干的时间将需要大大延长--在几秒钟的数量级上，而不是迄今为止实现的零点几秒。叠加和纠缠都是非常微妙的条件，甚至容易受到热或其他能量形式的轻微干扰，并相应地赋予拟议的量子传感设备以精致的灵敏度。研究者认为，通过磨练制造工艺和优化相关材料，更长的相干时间是可以轻易实现的。
【科学探索|斯坦福大学的新试验性硬件将机械装置融入量子技术中】"在过去的四年里，我们的系统性能每年提高了近10倍，"萨法维·纳伊尼说。"今后，我们将继续朝着设计量子机械设备的方向迈出具体步骤，如计算机和传感器，并将机械系统的优点带入量子领域。"