作者:英格丽德·法德利
（同organic）有机 用作量子存储器的光机械装置的扫描电子显微照片
学分:格拉布拉彻实验室，TU Delft
为了创建大型量子网络，研究人员首先需要开发高效的量子中继器
这些中继器的一个关键组成部分是量子存储器，它是更传统的计算机存储器的量子力学等价物，如随机存取存储器
理想情况下，量子存储器应该能够在相当长的时间内保存信息，存储真实的量子状态，有效地读出数据，并在低损耗的电信波长下工作
虽然研究团队在开发量子存储器方面取得了很大进展，但迄今为止还没有一个解决方案能够同时满足所有这些要求
考虑到这一点，代尔夫特理工大学的研究人员开始开发一种新的机械量子存储器，它具有足够长的存储时间、高读出效率和在电信波长下工作的能力
他们设计的记忆，发表在《自然物理》杂志上的一篇论文中，最终能够实现他们在以前的工作中开发的具有量子效应的机械系统
“我们致力于展示机械系统的量子效应已经有好几年了，并且已经相当成功地实现了各种量子态，所以我们真的一直在把它们推向量子信息处理的方向，”进行这项研究的研究小组——TU Delft的西蒙·格布拉舍教授告诉Phys
（同organic）有机
“然而，要将这些设备中的一些用于量子信息处理，首先必须表明它们可以用于构建量子中继器，而量子中继器的主要组件是量子存储器
" 当他们开始研究他们的量子记忆时，格布拉舍和他的同事们意识到他们的一些设备背后的机械谐振器可以支持非常长的寿命
因此，他们想测试它们，看看它们能支持什么存储时间，同时还要研究它们的一致性(即
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他们会多快去相)
“基于我们以前的工作，我们设计了一个寿命只有几毫秒的系统，然后对它进行了测试，发现它的存储时间确实在2毫秒左右
”格拉切尔说
“第二步，我们必须验证量子态和它们的相位信息在这段时间里被保留了下来
为此，我们创建了一个机械系统的叠加，并观察叠加中的相位如何随时间演变
" 当研究人员第一次评估他们的量子记忆时，他们发现它的叠加态衰减得比总寿命还快
这远不是一个令人惊讶的结果，因为许多以前开发的系统被发现呈现相同的衰变模式
为了更好地理解这一短暂退相干时间背后的机制，格布拉舍和他的同事们着手进一步探索这一发现
“我们研究的总体目标是证明力学事实上可以用作量子记忆，我们做到了这一点，”格勃拉赫说
“值得注意的是，这是第一次有人展示这一点
" 由格布拉舍和他的同事设计的量子存储器有几个有利的特征
其中一个主要原因是它是完全可工程化的，这意味着它工作的光学波长是可选择的，因为系统的光学和机械共振完全是人为的
研究人员用计算机设计了它们，然后据此制造了这个装置
“许多量子系统通常使用自然发生的共振，如原子或稀土共振，这将它们束缚在特定的波长上，”格勃拉赫说
“另一方面，我们的是完全工程化的，所以我们可以选择在哪里工作
在我们的研究中，我们选择了1550纳米，因为我们希望我们的系统在低损耗电信波段工作
" 虽然许多以前开发的量子存储器取得了令人鼓舞的成果，但其中很少能够在电信波长(约1550纳米)下工作，而电信波长基本上是所有远程通信发生的波长
此外，能够在这些波长下工作的存储器要么非常复杂，要么寿命极短
“我们能够证明我们的记忆具有令人满意的寿命和记忆的连贯性，同时成功地创造了叠加态，”格布拉舍说
“其他具有力学叠加态的现有系统非常不同，我们是第一个用光机械系统满足关键量子存储要求的系统
" 由格布拉舍和他的同事创造的量子记忆仍然是一个概念的证明，但是它的性能非常有希望
在他们未来的研究中，研究人员希望更好地理解为什么量子态的退相比它的寿命发生得更快，以减轻这种影响
“我们想找出如何避免如此短暂的一致性，也许可以通过一种不同的设计来帮助我们理解潜在的微观机制，”格布拉舍说
“此外，我们计划提高我们记忆的整体效率(我
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，它可以多有效地写入和读出一个状态)
" 在接下来的几年里，格布拉舍和他的同事们希望他们能够进一步提高量子存储器的性能，以促进其实际应用
此外，他们提出的光学方案可以激发其他量子存储元件的发展
研究人员的最终目标是利用他们创造的量子记忆来实现大型量子网络
“我们记忆的主要应用是作为量子网络或量子中继器的一部分，”格勃拉赫说
“它的机制可以充当存储元件，使其能够与其他量子系统连接，例如超导量子位，它们非常擅长进行量子计算处理
我们认为在这样的网络中使用我们的系统作为混合量子系统将会非常有趣
"
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