斯坦福大學(xué)的研究人員為未來(lái)基于量子物理的技術(shù)開(kāi)發(fā)了一種關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它借用了當(dāng)前日常機(jī)械裝置的靈感。聲學(xué)設(shè)備使用機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)執(zhí)行有用的功能，它們是可靠的、小型的、持久的和高效的。機(jī)械振蕩器是這種設(shè)備的一個(gè)主要例子。當(dāng)受到一種力量的影響時(shí)--例如聲音--該設(shè)備的部件開(kāi)始圍繞其原始位置來(lái)回移動(dòng)。創(chuàng)造這種周期性運(yùn)動(dòng)是跟蹤時(shí)間、過(guò)濾信號(hào)和檢測(cè)日常設(shè)備（如電話(huà)、電腦和手表）運(yùn)動(dòng)的一種便捷方式。 |\5^ub,m  
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研究人員試圖將機(jī)械系統(tǒng)的好處帶入神秘的量子領(lǐng)域的極小尺度，在那里，原子以反直覺(jué)的方式進(jìn)行微妙的互動(dòng)和行為。為此，阿米爾-薩法維-納伊尼領(lǐng)導(dǎo)的斯坦福大學(xué)研究人員通過(guò)將微小的納米機(jī)械振蕩器與一種能夠以量子比特或量子信息"比特"的形式存儲(chǔ)和處理能量的電路耦合，展示了新的能力。利用該設(shè)備的量子比特，研究人員可以操縱機(jī)械振蕩器的量子狀態(tài)，產(chǎn)生各種量子力學(xué)效應(yīng)，這些效應(yīng)有朝一日可以賦予先進(jìn)的計(jì)算和超精確的傳感系統(tǒng)。 )+E[M!34  
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斯坦福大學(xué)人文與科學(xué)學(xué)院應(yīng)用物理系副教授薩法維·納伊尼說(shuō)："通過(guò)這個(gè)裝置，我們展示了在嘗試建立量子計(jì)算機(jī)和其他基于機(jī)械系統(tǒng)的有用量子裝置方面的重要下一步。"Safavi-Naeini是2022年4月20日發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)新研究的高級(jí)作者，他說(shuō)："我們本質(zhì)上是在尋找建立'機(jī)械量子力學(xué)'系統(tǒng)。 WNjwv/  
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在計(jì)算機(jī)芯片上激發(fā)量子效應(yīng) ~GaGDS\V  
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該研究的聯(lián)合第一作者亞歷克斯·沃拉克和阿涅塔·克利蘭都是斯坦福大學(xué)的博士生，他們牽頭并正努力開(kāi)發(fā)這種基于機(jī)械的新量子硬件。利用斯坦福大學(xué)校園內(nèi)的納米共享設(shè)施，研究人員在潔凈室中工作，利用專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，沃勒克和克利蘭在兩個(gè)硅計(jì)算機(jī)芯片上以納米級(jí)的分辨率制造硬件組件。然后，研究人員將這兩塊芯片粘在一起，使底層芯片上的元件面對(duì)上層芯片上的元件，呈三明治形態(tài)。 /0h *(nL  
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貝爾狀態(tài)的概念圖，其中一個(gè)單位的振動(dòng)能量在兩個(gè)振蕩器之間共享。該系統(tǒng)同時(shí)存在兩種可能的狀態(tài)：第一種可能的量子狀態(tài)（括號(hào)內(nèi)，加號(hào)左側(cè)）顯示右側(cè)振蕩器在振動(dòng)，左側(cè)振蕩器靜止。第二種可能狀態(tài)顯示振動(dòng)能量占據(jù)左手振蕩器，而右手振蕩器靜止。該裝置存在于兩種可能狀態(tài)的疊加中--意味著每個(gè)振蕩器同時(shí)既運(yùn)動(dòng)又不運(yùn)動(dòng)--直到它被測(cè)量。對(duì)該系統(tǒng)的測(cè)量將只產(chǎn)生兩個(gè)描述的（括號(hào)內(nèi)）結(jié)果中的一個(gè)。如果觀察到左邊的振蕩器在振動(dòng)，那么右邊的振蕩器必然是靜止的，反之亦然。這說(shuō)明了兩個(gè)振蕩器之間的糾纏關(guān)系。通過(guò)進(jìn)行測(cè)量以了解有關(guān)一個(gè)振蕩器運(yùn)動(dòng)的信息，觀察者也將確定另一個(gè)振蕩器的狀態(tài)，而不需要單獨(dú)測(cè)量。 vJkc/7  
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在底部的芯片上，沃拉克和克萊蘭制作了一個(gè)鋁制超導(dǎo)電路，形成了該設(shè)備的量子比特。向該電路發(fā)送微波脈沖會(huì)產(chǎn)生光子（光的粒子），從而在設(shè)備中編碼一個(gè)信息量子比特。與傳統(tǒng)的電氣設(shè)備不同，傳統(tǒng)的電氣設(shè)備將比特存儲(chǔ)為代表0或1的電壓，而量子力學(xué)設(shè)備中的量子比特也可以同時(shí)代表0和1的加權(quán)組合。這是因?yàn)楸环Q(chēng)為疊加的量子力學(xué)現(xiàn)象，即一個(gè)量子系統(tǒng)同時(shí)存在于多個(gè)量子狀態(tài)，直到該系統(tǒng)被測(cè)量。 Y::0v@&(  
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頂部的芯片包含兩個(gè)納米機(jī)械諧振器，由懸浮的、類(lèi)似橋梁的晶體結(jié)構(gòu)形成，長(zhǎng)度只有幾十納米--或十億分之一米--。這些晶體由鈮酸鋰制成，是一種壓電材料。具有這種特性的材料可以將電力量轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)裝置的情況下，這意味著由qubit光子傳達(dá)的電場(chǎng)被轉(zhuǎn)化為稱(chēng)為聲子的振動(dòng)能量的量子（或單一單位）。 aER|5!7(2\  
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"就像光波被量化為光子一樣，聲波被量化為稱(chēng)為聲子的'粒子'，克利蘭說(shuō)，"通過(guò)在我們的設(shè)備中結(jié)合這些不同形式的能量，我們創(chuàng)造了一種混合量子技術(shù)，同時(shí)利用了兩者的優(yōu)勢(shì)。" _]Hna