相关实验装置。图中方形结构为超导电路，其中的红心则对应于与膜运动有关的联系。蜂窝状结构可以将膜的运动（主要集中在红心位置）与它所连接的框架隔离。（图片来源：尼尔斯·玻尔研究所）
丹麦哥本哈根大学尼尔斯-玻尔研究所的研究人员大大优化了以往量子膜的时间相干性。这一改进扩展了量子膜的应用方法。量子膜因其较短的相干时间（100毫秒），可以用来存储一些用于量子计算机网络操作中的灵敏量子信息。这项研究成果现在已经发表于杂志《自然·通讯》（Nature Communications）上。
连接到读取器上的量子鼓
（图片来源：pixabay）
第一步，该研究小组将该量子膜与一条微波超导电路连接起来以实现对膜的精确读数。那么如此一来，量子膜作为一种“插件”就能满足任何装置的应用要求，可以连接到其他各种处理或传输量子信息的设备上。
冷却量子鼓系统以达到量子基态
环境温度决定了对膜产生干扰的随机力大小，因此只有当温度降到足够低时，量子状态才能稳定下来。研究人员利用氦气冰箱实现了这一操作，且借助微波电路来控制膜运动的量子状态。在他们近期的工作中，研究人员实现了量子基态下制备运动由量子波动主导的膜。而量子基态所对应的有效温度比绝对零度高0.00005度，即-273.15℃。
嵌入量子膜的广泛应用
人们可以将此系统略微扩展，以实现对微波力和光信号作用力的探测，从而搭建一种从微波到光学的量子转换器。量子信息可以在室温下几公里长的光纤中传输，且不会产生扰动。此外，由于信息通常是在冷却装置中处理，环境温度足够低，从而使得类似膜的超导电路得以运行。那么，如果将超导电路和光纤这两个系统连接起来，则可以构建一个量子互联网：即用光纤将几个量子计算机连接起来。虽然单个计算机的运算能力有限，但是可以通过这种将运算能力分配给相连量子计算机的方法，大大强化其对复杂问题的解决能力。
（图片来源：Hassaan Qaiser/Unsplash）
在量子理论体系中，引力的作用一直是一个尚未解释清楚的物理学基本问题，这恰巧又成为高时间相干性量子膜的另一用武之地。在量子理论中存在一种假设，即某些量子态会随着时间演化受到引力的破坏，量子膜尺度大小的装置则可在今后用于验证该假设的合理性。
翻译：范嘉豪
审校：张和持
引进来源：尼尔斯·玻尔研究所（Niels Bohr Institute）
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