世界上第一个机械量子位不使用光或电子设备。它可能会带来超精确的重力感应技术。

科学家们利用超导电路和振动蓝宝石晶体创建了单个量子信息单元。

科学家们创造了世界上第一个机械量子位：一个微小的移动系统，利用振动而不是电流或光来存储量子信息。

量子位是量子信息的基本单位。与经典计算机中的比特不同，量子比特可以以 0、1 或两者的叠加形式存在，这要归功于量子力学和纠缠奇怪的内部工作原理>。

传统上，它们由超导电路、带电原子（离子）或光粒子（光子）制成。然而，新的机械量子位使用的是声子——一种“准粒子”——由精确设计的蓝宝石晶体内的振动产生。

准粒子是一个概念，用于描述一组粒子的行为和相互作用，就好像它们充当单个粒子一样。在这种情况下，声子代表准粒子，本质上充当振动能量的载体。

科学家们表示，这一突破可能为能够检测重力等力的超灵敏传感器技术以及长期保持量子计算机稳定性的新方法铺平道路。他们于 11 月 14 日在《科学》杂志上发表了他们的研究。

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机械系统历来被认为用作量子位太具有挑战性，因为由于量子力学原理，它们永远不会完全静止。这意味着总是需要考虑和控制残余运动，以便它们在量子水平上工作。

同样，机械振荡器（以声子形式存储和传输能量的装置）通常会受到均匀分布能级的谐波振动的影响。科学家们解释说，这是一个问题，因为均匀的间距使得很难隔离代表量子位 0 和 1 所需的两个能态。

研究合著者、苏黎世联邦理工学院的物理学家 Yiwen Chu 表示：“[挑战]是能否使能级的间距足够不均匀，以便在不接触其他能级的情况下解决其中两个问题” 科学。

研究人员通过创建一个“混合”系统来解决这个问题，将尺寸为 400 微米（0.4 毫米）的蓝宝石晶体谐振器与超导量子位耦合，并调整两者以稍微偏移的频率相互作用。当谐振器和量子位相互作用时，它会混合它们的量子态，导致谐振器中的能级间隔不均匀，这种现象被称为“非谐性”。

这使得研究人员能够隔离两种不同的能量状态，有效地将谐振器变成机械量子位。

虽然机械量子位可以保存和操纵量子信息，但该系统的保真度（衡量其执行量子操作的准确程度的指标）据记录仅为 60%。相比之下，最先进的超导量子位通常达到 99% 以上的保真度。

科学家们表示，即便如此，机械量子位可能具有独特的优势。例如，它们可以以其他量子系统无法做到的方式与重力等力相互作用，这使它们成为开发高灵敏度量子传感器的有希望的候选者。

他们说，机械量子位也可能能够更长时间地存储量子信息。这对于保持相干性至关重要——相干性是衡量系统能够保持稳定并使用量子数据执行计算而不受干扰的时间的指标。

研究人员目前正致力于将多个机械量子位连接在一起以执行基本计算，他们表示这将标志着该技术迈向实际应用的关键一步。