标题三个词，一篇Science！

背景介绍

通常，机械系统的运动模式被视为量子态中的谐振子，与非相互作用的量子称为声子（phonons）。这种模型是有效的，因为大多数材料的固有力学非线性非常弱，并且仅在大声子数的经典极限中起显著作用。

然而，在玻色子模式下的单量子水平上的相干相互作用可以导致新的物理现象和量子技术中的重要应用。在工程系统中，光子之间的相互作用是通过耦合到强非线性介质来介导的，这种材料类似的弱本征电磁非线性已被克服。在光学频率下，利用与原子的相互作用，已证明光子封锁和双光子束缚态等效应。在微波环境下，超导谐振器中的非线性效应可以通过结合约瑟夫森结来设计，并用于编码复杂玻色子态的量子信息。对比电磁谐振器，机械谐振器的特点是寿命长、结构紧凑，能够直接耦合并感知额外的自由度。

但是，目前单量子水平上的相干声子相互作用仍然难以捉摸，主要是由于设计一种机械模式的挑战，当将其纳入复杂的混合器件并耦合到一个不太相干的强非线性系统时，该模式仍保持其高相干性。

成果简介

基于此，苏黎世联邦理工学院Yiwen Chu和Igor Kladarić（共同通讯作者）等人报道了在固态机械系统中实现了单声子非线性状态。本系统中的单声子非谐性超过退相干率6.8倍，允许将其用作机械量子位并演示初始化，读出和单量子位门。本方法为量子模拟、传感和信息处理提供了一个强大的量子声学平台。

相关工作以《A mechanical qubit》为题在《Science》上发表。

图文解读

图1.能级图和光谱测量

图2.利用Ramsey型序列测量声子非谐性

图3.机械量子比特Rabi振荡

图4.机械量子比特态的Wigner函数

总结展望

本研究结果证明了机械系统和机械量子比特的操作具有很强的可调谐非调和性。通过增加系统的机电耦合强度或相干性，提高系统的非调和退相干比。此外，还可以通过脉冲形状工程抑制计算基外的泄漏，从而提高机械量子比特的操作保真度和速率，有助于使用为两级系统开发的量子传感协议，例如设备中的原子和自旋系统，其巨大的质量使其特别适合于力传感和基础物理测试。

文献信息

A mechanical qubit. Science, 2024,

原创文章，作者：zhan1，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2024/11/18/bb1c5c8114/

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