想象有一个回声极强的房间,假设你需要记住下午的购物清单,于是你打开房间的门,大声喊道:“鸡蛋、培根和牛奶!”然后关上房门。一小时后,到了去杂货店的时间,你打开门,把头探进去,听到自己的声音还在回响:“鸡蛋、培根和牛奶!”这就是用声波储存信息的基本原理。
基于这一原理,美国加州理工学院(Caltech)电子工程和应用物理学助理教授Mohammad Mirhosseini展示了其实验室开发的一种新方法,可以有效地将电量子态转换为声音,反之亦然,该成果发表在《自然物理学》杂志上。
据介绍,这种新方法通过将电量子态转化为声音来存储量子信息,该方法利用了声子,相当于光子这种光粒子的声音。而在量子力学中,所有的波都是粒子,反之亦然,该项研究利用声子来存储量子信息,因为制造能够存储这些机械波的小型设备相对容易。
回到文章开头所设的场景中,现实生活中肯定是不存在可以让声音不断回响的房间的,声波会不断地衰减,几个来回后声音就会失真,声音中的信息也就遭到了破坏。对此,研究团队的解决方案是采用一种由柔性板组成的微型装置,这种柔性板会被极高频率的声波振动。当在这些板上放置电荷时,它们就能与携带量子信息的电信号相互作用。这样,信息就可以通过管道输入设备进行存储,并将其输出以供以后使用。
与过去所研究的那种机械能转化为电能的手段(压电体)相比,Mirhosseini和他的团队开发的新方法不依赖于特定材料的特性,使其与基于微波的现有量子器件兼容,同时他们的新方法能让电路中的量子信息存储时间比其他小型机械设备长两个数量级。