作为量子存储器的光学机械装置的扫描电子显微图

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部件是量子存储器，它是量子力学中更传统的计算机存储器(如随机存取存储器(RAM))的对等物。

理想情况下，量子存储器应该能够在相当长的一段时间内保存信息，存储真正的量子状态，有效地读出数据，并在低损耗的电信波长下工作。虽然研究团队在量子存储器的开发方面取得了很大进展，但迄今为止还没有提出的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(TU Delft)的研究人员着手开发一种新的机械量子存储器，这种存储器具有足够长的存储时间、很高的读出效率，并且能够在电信波长下工作。他们设计的记忆，发表在《自然物理》上的一篇论文中，可能最终使具有量子效应的机械系统的实际应用成为可能。

“我们致力于量子效应的机械系统好几年了,并已成功实现各种量子态,所以我们真的将他们推向一个量子信息处理方向,”西蒙•Groblacher TU代尔夫特教授的研究小组进行了这项研究,告诉Phys.org。“然而，要将这些设备用于量子信息处理，首先必须证明它们可以用来建造量子中继器，而量子中继器的主要组件是量子存储器。”

当他们开始研究量子存储器时，Groblacher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很长的寿命。因此，他们想测试它们，看看它们能支持多少存储时间，同时也调查它们的一致性(也就是。例如，他们的反相速度有多快)。

“基于我们之前的工作，我们设计了一个寿命只有几毫秒的系统，然后测试它，发现它的存储时间确实在两毫秒左右。”,Groblacher说。“作为第二步，我们必须验证量子态和它们的相位信息在这段时间内被保存了下来。为了做到这一点，我们创建了一个叠加的机械系统，并观察叠加中的相位如何随着时间的推移而进化。”

当研究人员第一次评估他们的量子记忆时，他们发现其叠加态的衰减速度比整个生命周期都要快。这远远不是一个令人惊讶的结果，因为许多先前发展的系统被发现呈现相同的衰变模式。Groblacher和他的同事们开始进一步探索这一发现，以便更好地理解这一短暂退聚时间背后的机制。

“我们研究的总体目标是证明力学实际上可以用作量子存储器，我们实现了这个目标，”Groblacher说。“值得注意的是，这是第一次有人证明这一点。”

由Groblacher和他的同事设计的量子存储器有几个优点。其中一个主要的原因是它是完全可工程的，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是完全人工的。研究人员用电脑设计了它们，然后相应地制作了设备。

Groblacher说:“许多量子系统通常使用自然发生的共振，比如原子或稀土共振，这些共振将量子系统与特定的波长绑定在一起。”“另一方面，我们的机器人是完全经过设计的，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能在低损耗的电信波段工作。”

虽然许多先前开发的量子存储器取得了很有希望的结果，但它们中很少有能够在电信波长(大约1550纳米)工作，这基本上是所有远程通信发生的波长。此外，能够在这些波长下起作用的记忆要么非常复杂，要么寿命非常短。

“我们能够证明，我们的记忆具有令人满意的寿命和连贯的记忆，同时成功地创造了叠加状态，”Groblacher说。“其他现有的力学叠加态系统非常不同，我们是第一个满足关键量子记忆需求的光-机械系统。”

Groblacher和他的同事们创造的量子存储器仍然是一个概念的证明，但是它的性能是非常有前途的。在未来的研究中，研究人员希望能更好地理解为什么量子态的反相发生得比它的寿命还要快，以减轻这种影响。

“我们想弄清楚如何避免如此短的一致性，也许通过一个不同的设计可以帮助我们理解潜在的微观机制，”Groblacher说。此外，我们计划提高我们的记忆的整体效率。例如，它写和读一个州的效率如何)。”

在接下来的几年里，Groblacher和他的同事们希望他们能够进一步改进量子存储器的性能，以促进其实际应用。此外，他们提出的光学方案可以启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存储器使大型量子网络成为可能。

Groblacher说:“我们的存储器的主要应用是作为量子网络或量子中继器的一部分。”“它的力学机制可以作为一种记忆元件，使其能够与其他量子系统连接，比如超导量子位，它非常擅长进行量子计算处理。”我们认为，将我们的系统作为这样一个网络中的混合量子系统将非常有趣。”