要創(chuàng)建大型量子網絡，研究人員首先需要開發(fā)高效的量子中繼器。這些轉發(fā)器的關鍵組件是量子存儲器，它是更常規(guī)的計算機存儲器(例如隨機存取存儲器(RAM))的量子力學等效物。

理想情況下，量子存儲器應該能夠在相當長的時間內保留信息，存儲真實的量子狀態(tài)，有效地讀出數據并在低損耗電信波長下工作。盡管研究團隊在量子存儲器的開發(fā)方面取得了長足的進步，但迄今為止，沒有提出的解決方案能夠同時滿足所有這些要求。

考慮到這一點，代爾夫特理工大學(TU Delft)的研究人員著手開發(fā)一種新型的機械量子存儲器，該存儲器具有足夠長的存儲時間，較高的讀出效率以及在電信波長下工作的能力。他們設計的記憶，發(fā)表在《自然物理學》上的一篇論文中，可以最終使他們先前工作中開發(fā)的具有量子效應的機械系統的實際實現成為可能。

“我們已經研究機械系統的量子效應已經有好幾年了，并且在實現各種量子態(tài)方面已經非常成功，因此我們一直在將其推向量子信息處理方向，” SimonGröblacher，研究小組進行了這項研究的TU Delft教授告訴Phys.org。“但是，要將其中一些設備用于量子信息處理，必須首先證明它們可用于構建量子中繼器，而量子中繼器的主要組件是量子存儲器。”

當他們開始從事量子記憶工作時，Gröblacher和他的同事們意識到，某些設備背后的機械諧振器可以支持很長的使用壽命。因此，他們希望對其進行測試，以了解他們可以支持的存儲時間，同時還需要調查其一致性(即，他們將逐步淘汰多久)。

“我們根據之前的工作設計了一個壽命為幾毫秒的系統，然后對其進行了測試，發(fā)現其存儲時間確實在兩毫秒左右。”Gröblacher說。“第二步，我們必須驗證量子態(tài)及其相位信息在這段時間內得以保留。為此，我們創(chuàng)建了機械系統的疊加，并研究了疊加中的相位將如何隨著時間演化。”

當研究人員首次評估他們的量子記憶時，他們發(fā)現其疊加態(tài)的衰變速度比整個壽命快。這遠非出乎意料的結果，因為發(fā)現許多先前開發(fā)的系統都呈現相同的衰減模式。Gröblacher和他的同事著手進一步探索這一發(fā)現，以便更好地了解這段短暫的去相干時間背后的機制。

Gröblacher說：“我們研究的總體目標是證明機械實際上可以用作量子記憶，并且我們實現了這一目標。” “值得注意的是，這是任何人第一次證明這一點。”

Gröblacher和他的同事設計的量子存儲器具有幾個優(yōu)勢。主要優(yōu)點之一是它是完全可工程的，這意味著它可以工作的光波長是可選的，因為系統的光學和機械共振是完全人工的。研究人員使用計算機對其進行了設計，然后相應地制造了該設備。

“許多量子系統通常使用自然發(fā)生的共振，例如原子共振或稀土共振，將它們限制在某些波長上，”格羅布歇爾說。“另一方面，我們的設備是經過全面設計的，因此我們可以選擇在哪里工作。在我們的研究中，我們選擇1550納米，因為我們希望我們的系統能夠在低損耗電信頻段波長下工作。”

盡管許多先前開發(fā)的量子存儲器均取得了可喜的成果，但其中很少有能夠在電信波長(大約1550納米)下工作的波長，該波長本質上是所有遠距離進行電信的波長。而且，能夠在這些波長下工作的存儲器要么非常復雜，要么使用壽命極短。

Gröblacher說：“我們能夠證明我們的記憶具有令人滿意的記憶壽命和連貫性，同時成功地創(chuàng)建了疊加狀態(tài)。” “其他現有的具有機械疊加狀態(tài)的系統也有很大不同，我們是第一個通過光機械系統滿足關鍵量子存儲要求的公司。”

Gröblacher和他的同事創(chuàng)建的量子存儲器仍然是概念的證明，但是其性能非常有前途。為了減輕這種影響，研究人員希望在未來的研究中更好地理解為什么量子態(tài)的去相發(fā)生快于其壽命。

Gröblacher說：“我們想弄清楚如何避免這種短時的連貫性，也許是通過不同的設計來幫助我們理解潛在的微觀機制。” “此外，我們計劃提高內存的整體效率(即，它可以寫和讀出狀態(tài)的效率)。”

在接下來的幾年中，Gröblacher和他的同事希望他們能夠進一步提高量子存儲器的性能，以促進其實際應用。而且，他們提出的光學方案可能會激發(fā)其他量子存儲組件的發(fā)展。研究人員的最終目標是使用他們創(chuàng)建的量子存儲器來啟用大型量子網絡。

Gröblacher說：“我們存儲器的主要應用將是量子網絡或量子中繼器的一部分。” “它的力學可以充當存儲元件，使之能夠與其他量子系統(例如超導量子位)建立連接，這些量子系統非常擅長進行量子計算處理。我們認為將我們的系統用作混合量子系統非常有趣。這樣的網絡。”