根據芬蘭物理學家的研究，未來的超快電腦可能由微小超導材料連接微型機械共振器所構成，前者負責處理資訊，而後者作為記憶體之用。該研究顯示量子資訊不僅能在此兩種元件間傳遞，並且這種傳遞方式還可保護易受干擾的量子訊息免於環境破壞。
普通電腦的位元非0即1，量子電腦中的量子位元(qubit)卻可同時處於0與1兩狀態，此現象能用來執行大量平行運算，速度將大幅超越一般電腦。量子電腦有多種不同架構，各有優缺點。有些採用粒子如原子、分子的自旋或光子，這類裝置中的量子態能妥善保存不受外界干擾，然而一旦量子位元的數目擴大，此類型的量子電腦勢必相當龐大。另一方面，利用超導體的量子機械性質的固態量子電腦雖然沒有這種問題，卻非常易受電磁輻射的干擾。
複合式量子電腦企圖結合各種方式的優點來克服不同的挑戰。在阿爾托(Aalto)大學Mika Sillanpaa團隊的最新研究中，研究人員把超導量子位元與兩種共振器(機械性與電性)連結。他們發現來自機械共振器的聲子(phonon)可在超導量子位元間來回傳遞，此時量子位元如同一人工原子，接著以電性共振器來偵測光子。這三種元件皆以鋁製作於大小約1 mm2藍寶石基板上。機械共振器的可移動部分由5×4μm的鋁片構成，懸掛於超導電路一端上方50 nm處，超導電路主要包含兩個約瑟夫森接點(Josephson junction)。此電路連接至電性共振器的一端，微波即由此波導送入。
該團隊將此超導電路置於磁場下，建立兩個「電荷態」(charge state)，行為如同一個雙能階原子，接著供應一頻率對應至原子能階差的交流電源，使原子在兩態間產生拉比振盪(Rabi oscillation)。研究人員將此位元與機械共振器耦合。耦合方式是降低交流電源的頻率，使得拉比振盪缺少的能量正好由機械振動臂提供的能量量子補足。研究人員觀察波導中微波的相位變化，確認量子位元與機械共振器確實耦合。
Hakonen表示，此研究可用來發展量子記憶體，其中量子資訊是由不同振幅的疊加來儲存。不過許多障礙仍待克服，譬如為了克服熱噪訊的影響，必須增加機械共振器的頻率，這代表需製作更短小的共振器，而這會降低與量子位元間的耦合，造成實驗難度的提高。詳見Nature | doi:10.1038/nature11821。
原始網站: http://nano.nchc.org.tw/
譯者:劉家銘(奈米科學網)
責任編輯:蔡雅芝