2026年8月25日——哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员展示了一种很有前景的新方法，仅利用机械振动——本质上是极其微小的声波——即可保护脆弱的量子信息。

这项突破来自Marko Lončar（电气工程系Tiantsai Lin讲席教授）的实验室，为在芯片上构建紧凑的、基于声学的量子网络，以及融合多种不同类型量子比特（qubit）的混合量子系统铺平了道路。

相关研究发表在《自然·物理学》上。实验由Eliza Cornell（Lončar实验室近期毕业的博士，现为波士顿大学博士后研究员）和Zhujing Xu（曾为Lončar课题组博士后学者）领导开展。

声波作为信息载体

一种新兴的量子网络利用与金刚石中杂质相关的电子自旋作为量子存储器，并以声波——更准确地说，是以被称为声子的声音粒子——作为量子比特节点之间的信息载体。Lončar实验室一直是展示此类系统潜力的领导者，部分工作包括开发一种名为声子腔的量子比特外壳，用以捕获振动，使其与电子自旋相互作用。

与在芯片尺度上以光为信息载体的更传统量子网络方法相比，声子具有若干优势。首先，在给定频率下，声子的波长远短于光波长，从而能够实现占位面积小得多的器件和更紧密的集成。其次，声子易于与固态自旋和电磁场耦合，这使其成为采用多种量子比特的混合量子系统中颇具吸引力的组件。

但与声子打交道也面临着独特挑战——主要与存储器相关。

量子存储器需要与环境隔离，以延长其相干性，即长时间保持记忆的能力。然而，现有依赖微波脉冲将存储器与环境去耦合的方法，在声子腔内的量子比特上并不能很好地发挥作用。

“缀饰”量子比特与全机械相干保护

SEAS的研究人员通过展示金刚石中硅空位自旋独特的“全机械相干保护”，解决了这一瓶颈。研究团队没有采用传统的微波脉冲，而是施加了一个由声子组成的连续机械驱动场，使量子比特转变为一种不同的状态，即“缀饰”量子比特。

这些状态之所以被称为“缀饰”，是因为它们“穿戴”着连续的声场，对环境中低频噪声的敏感度更低。由于自旋相干性在此由与声子腔兼容的连续机械场加以保护，该方法被设计为可在最终用于连接量子网络中固定节点的相同结构中工作。在这类网络中，声子将承担两项工作：传输量子信息，同时保护量子信息。

“我们在解决两个问题，”Cornell表示。“我们希望自旋与声子之间有强相互作用，同时也希望自旋具有较长的相干时间。我们的论文展示了一种延长相干时间的方法，该方法与硅空位中心处于声子腔中的情形兼容。”

研究团队利用这种新方法，将硅空位自旋的相干时间延长至原来的约三倍，证明连续波机械噪声抑制能够在真实器件中延长量子相干性。