我国科学家在量子声学领域取得实验进展，实现跨 HBAR 多模式真纠缠声子态传输

IT之家 10 月 17 日消息，据新华社昨日报道，在中国科学院院士俞大鹏带领下，深圳国际量子研究院谭电课题组联合德国斯图加特大学研究人员，在声子量子信息领域取得实验进展，率先在可扩展的二维混合量子芯片实验平台上实现了多方真纠缠声子态的制备与跨节点传输。 论文摘要显示，研究团队利用两个高阶体声学波机械振子（HBAR）与可调超导量子比特耦合，在两个独立的 HBAR 中制备并表征了涉及两模式、四模式和六模式的真多体纠缠态，保真度分别为 0.912、0.790 和 0.570；团队进一步演示了两模式和四模式真纠缠态在两个谐振器之间的传输，保真度分别为 0.785 和 0.601。 论文共同通讯作者谭电解释称，真纠缠意味着该量子态的纠缠不能归结为若干相互独立的低阶纠缠，而是由整个多模式系统共同分享的量子关联，这一特性是构建多节点量子网络和分布式量子信息处理的重要资源。 HBAR 是此次实验的核心器件。声子作为固体晶格振动的准粒子，能够像光子一样充当量子信息的载体；HBAR 则具有多模式、长寿命和可在芯片上集成等优点，被研究团队视为构建下一代量子信息处理平台的关键器件。此前量子声学已在机械振动模式上实现了量子态的制备、操控和存储，但如何在机械振子系统中获得大规模多方真纠缠，并将纠缠资源在不同量子节点之间分发，一直是该领域的突出难题。 此次研究的硬件方案与传统路径有所不同。研究团队没有沿用依赖三维微波腔体的架构，而是将 HBAR、超导量子比特和可调量子耦合器集成在同一块二维混合量子芯片中，从而避免了三维腔体方案的空间与工程限制。在此基础上，团队完成了跨两个独立 HBAR 的多模式真纠缠态传输，使多模式声子纠缠从单个振子内部的局域资源，走向不同量子节点之间的分发。 在表征环节，研究团队还发展了量子比特复用的多模式声子态层析方法，仅用两个超导量子比特即完成了多模式声子纠缠态的量子态层析，实现了当前量子声学平台中规模最大的多模式声子态实验表征。研究团队进一步提出了可扩展的多 HBAR 混合声子量子处理架构：将多个超导量子比特分别耦合至独立的 HBAR 谐振器，并通过可控耦合器实现量子比特之间的相互作用，形成可模块化扩展的多节点声子量子网络。 这一架构的扩展空间部分来自 HBAR 本身支持大量声学模式的特性，团队认为未来通过增加 HBAR 和超导量子比特的数量，有望将多模式声子纠缠资源推进到更大规模。该成果标志着量子声学研究从少数机械模式的操控，迈向多模式、多节点和可扩展的声子量子信息处理，为新型声子量子计算平台和分布式量子网络提供了实验基础与硬件方向。 相关研究成果于当地时间 10 月 15 日在线发表于《科学》。IT之家附论文地址： https://doi.org/10.1126/science.aeh4273

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