原創(chuàng)丨彤心未泯（學(xué)研匯 技術(shù)中心）
編輯丨風(fēng)云
線性光學(xué)量子計(jì)算為量子計(jì)算提供了一種理想的方法，只需要一小部分所需的計(jì)算元素。光子和聲子之間的相似性表明使用聲子代替光子進(jìn)行線性機(jī)械量子計(jì)算的有趣潛力。盡管已經(jīng)證明了單聲子源和探測(cè)器，但聲子分束器元件仍然是一個(gè)突出的需求。
有鑒于此，芝加哥大學(xué)A. N. Cleland等人展示了這樣一個(gè)元件，使用兩個(gè)超導(dǎo)量子位來(lái)完全表征具有單個(gè)聲子的分束器。進(jìn)一步使用分束器演示了雙聲子干涉，這是線性計(jì)算中對(duì)雙量子位門(mén)的要求。這推進(jìn)了一種用于實(shí)現(xiàn)線性量子計(jì)算的新形固態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)一步提供了巡回聲子和超導(dǎo)量子位之間的直接轉(zhuǎn)換。
設(shè)備描述
設(shè)備包含兩個(gè)超導(dǎo)Xmon量子位Q1和Q2，它們通過(guò)兩個(gè)可調(diào)耦合器G1和G2耦合到兩個(gè)單向叉指換能器UDT1和UDT2。分束器由一組16個(gè)平行金屬指組成，旨在反射大約一半的聲信號(hào)，同時(shí)傳輸其余部分。每個(gè)量子位與其關(guān)聯(lián)的 UDT之間的可變耦合器使得能夠塑造聲子發(fā)射。
圖 設(shè)備描述和表征
單聲子分束器及單聲子干涉法
首先通過(guò)測(cè)量對(duì)兩個(gè)量子位設(shè)置為3.925 GHz工作頻率的單個(gè)聲子的響應(yīng)來(lái)表征系統(tǒng)。從獲得的數(shù)據(jù)中，提取分束器反射率和有效巡回聲子壽命，與BS設(shè)計(jì)的單獨(dú)表征和先前對(duì)聲子傳播損耗的測(cè)量一致類似的系統(tǒng)。對(duì)生成的最終聯(lián)合量子位狀態(tài)執(zhí)行雙量子位狀態(tài)層析成像，表明了聲子分束器保持量子相干性。通過(guò)使用單個(gè)巡回聲子執(zhí)行類似Mach-Zehnder的干涉實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了BS元素的相干性。
圖 單聲子干涉測(cè)量法
雙聲子干涉
接下來(lái)研究了雙聲子干涉。每個(gè)量子位發(fā)射一個(gè)聲子，定時(shí)使聲子以相對(duì)延遲t到達(dá)分束器，分束器輸出隨后被兩個(gè)量子位捕獲。雖然無(wú)法直接測(cè)量重合聲子概率P11，但可以用量子比特聯(lián)合激發(fā)概率Pee作為一個(gè)替代指標(biāo)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Pee和P11成正比，實(shí)驗(yàn)Pee也與大延遲和零延遲的模擬非常一致。展示了兩個(gè)量子位在三個(gè)不同的相對(duì)延遲時(shí)的激發(fā)態(tài)概率，包括在聲子發(fā)射期間獲取的數(shù)據(jù)和捕捉過(guò)程。作者還通過(guò)改變相對(duì)中心頻率和波包寬度來(lái)研究?jī)蓚€(gè)聲子的不可區(qū)分性。雙聲子干涉實(shí)驗(yàn)結(jié)果觀察到的能見(jiàn)度變化與方程式的預(yù)測(cè)非常一致。
圖 雙聲子干涉
圖 雙聲子干擾的頻率和波包依賴性
參考文獻(xiàn)：
H. QIAO, et al. Splitting phonons: Building a platform for linear mechanical quantum computing. Science, 2023, 380(6649): 1030-1033
DOI: 10.1126/science.adg8715
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg8715
