（文章來源：百家號）
? ? ? ?物理學家設計了一種3-D量子存儲器，解決了實現長存儲時間和快速讀出時間之間的權衡，同時保持了緊湊的形式。新存儲器在量子計算，量子通信和其他技術中具有潛在的應用。慕尼黑工業大學Walther-Meissner-Institut和德國慕尼黑納米系統計劃（NIM）的物理學家Edwar Xie和共同作者在最近一期“應用物理快報”上發表了一篇關于新三維量子記憶的論文。。

“由于量子信息非常脆弱，它需要快速處理或保存在合適的存儲中。這兩個要求通常是相互矛盾的，”謝告訴Phys.org。“我們工作的最大意義在于它展示了如何構建一個能夠快速訪問存儲的量子信息，實現快速處理以及長存儲時間的設備。”

任何類型的量子技術面臨的最大挑戰之一是增加量子位生存期，而在量子存儲器方面，3-D器件提供最長的相干時間，最長可達幾毫秒。在這些存儲器中，量子比特存儲在3-D微波波導腔中，其緩慢的衰減時間使得長的量子位存儲時間成為可能。然而，在這些器件中發生折衷，因為快速讀出時間要求腔體衰減很快。

以前，研究人員已經通過各種方式解決了這種權衡問題，例如通過物理分離存儲和讀出單元。然而，對于單獨的單元，與2-D存儲器相比，設備變得相對大且笨重，導致可擴展性的問題。

為了同時實現長存儲時間，快速讀出時間和小占地面積，在新研究中，研究人員利用了三維腔體的多模結構。在這種方法中，研究人員使用天線將量子比特耦合到單個3-D微波腔的兩種不同模式，這比使用兩個完全獨立的單元要緊湊得多。他們設計了腔體，使得存儲器模式的品質因數比讀出模式的品質因數大100倍，這導致存儲器模式的緩慢衰減和讀出模式的快速衰減。

由于這種耦合，研究人員證明了量子比特狀態可以在比存儲時間短100倍的時間尺度上讀出。此外，模擬顯示更精確的天線定位可以將讀出和存儲時間之間的比率擴展到25,000。對于具有圓柱形3-D腔的量子存儲器，該值將明顯優于當前報告的最高比率7300。

在未來，研究人員計劃進一步改進存儲器，例如通過添加更多量子比特來擴大規模，將量子比特耦合到更高腔模式，以及使存儲器能夠存儲貓狀態（兩個宏觀狀態的疊加），在連續可變量子計算中具有潛在的應用。

“這種緊湊型3-D量子存儲器的一個潛在應用在于模擬量子模擬領域，其中工程量子電路，如量子比特，模仿原子，”謝說。“由于其緊湊的尺寸和寬松的布線要求，我們的三維量子存儲平臺特別適用于構建人造原子鏈以模擬分子。這里，鏈的一個單元由一個單獨的三維腔組成。一個量子比特，一個用于中間信息存儲的存儲模式和一個用于快速信息檢索的讀出模式。可以用另一個量子比特實現與相鄰小區的耦合。