據(jù)新華網(wǎng)最新消息，近日，我國科學家領銜的一項重要成果突破世界紀錄——基于高硬度的單晶碳化硅薄膜，研制出的光聲量子存儲器，以4035秒的信息存儲時長刷新世界紀錄。該研究成果已發(fā)表于國際學術期刊《自然-通訊》。
據(jù)悉，北京量子信息科學研究院（以下簡稱“量子院”）量子計算云平臺的李鐵夫、劉玉龍團隊與芬蘭Aalto大學、QTF量子研究中心Mika A.Sillanp??教授合作，基于高硬度的單晶碳化硅薄膜材料，于近日成功研制出多模態(tài)長壽命的光聲量子存儲器。存儲器在模式穩(wěn)定性以及信息存儲時長等關鍵性能上刷新了國際記錄。
目前，相關成果以“Degeneracy-breaking and long-lived multimode microwave electromechanical systems enabled by cubic silicon-carbide membrane crystals”為題在線發(fā)表于國際知名期刊《自然-通訊》（Nature Communications）上。
光聲接口器件作為量子信息處理的關鍵技術，一直以來都備受科研人員的關注。高品質因子（Q因子）機械振子在這些領域中扮演著至關重要的角色，其性能的優(yōu)劣直接影響到量子信息的存儲、傳輸和處理效率。
然而，傳統(tǒng)材料和結構的機械振子在Q因子和頻率穩(wěn)定性等方面存在一定的局限性，難以滿足日益增長的量子技術需求。
3C-SiC作為一種具有優(yōu)異性能的半導體材料，以其高熱導率和高應力特性，為高Q因子機械振子的研發(fā)提供了新的可能。
該研究團隊研究團隊另辟蹊徑，在3C-SiC薄膜晶體中發(fā)現(xiàn)了機械振動模式簡并破缺現(xiàn)象。表現(xiàn)為非均勻應力的作用下，原本簡并的機械模式發(fā)生頻率分裂，形成具有微小頻率差異的模式對。這些模式對不僅保留了高Q因子的特性，還展現(xiàn)出獨特的模式形狀，為微波光聲接口系統(tǒng)的精確控制提供了更多選擇。
為驗證3C-SiC膜晶體的性能，研究團隊設計并搭建了一套精巧的實驗裝置。該裝置包括一個三維超導微波諧振腔和一個機械平行板電容器芯片。3C-SiC膜芯片被精心制作并安裝在諧振腔內，通過金屬化處理和特定電極結構設計，實現(xiàn)了與微波腔場的高效耦合。
實驗中，研究人員采用了連續(xù)波泵浦-探測方案和脈沖泵浦-探測序列，對機械振子的性能進行了全面測試和表征。通過精確控制外部驅動功率和探測信號的頻率，研究人員能夠實時監(jiān)測機械振子的動態(tài)行為，包括其共振頻率、Q因子以及能量衰減率等關鍵參數(shù)。
單晶碳化硅薄膜所提供的聲學模式具備極高的頻率穩(wěn)定性，為構建多模態(tài)光聲存儲器件開辟新篇章。實驗中研究團隊表征了21個機械模式，其中19個模式的Q因子超過了108，展現(xiàn)出極高的品質因子。
此外，研究人員還實現(xiàn)了4035秒，超過長達一小時的群延遲時間。這一成果在微波電機械系統(tǒng)中尚屬首次。
科研團隊表示，該項研究中，長時間高穩(wěn)定的機械振動為固態(tài)量子信息存儲帶來了新的可能性，同時為高精度傳感器和異構網(wǎng)絡的構建帶來了新的機遇。后續(xù)，團隊將進一步推動多通道高性能“微波-光”量子相干接口核心儀器的構建，為分布式量子網(wǎng)絡構建提供重大支撐作用，為量子信息處理等領域提供高性能的物理平臺。（集邦化合物半導體整理）
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