近日, 量子计算云平台李铁夫、刘玉龙团队、芬兰Aalto大学、QTF量子研究中心Mika，北京量子信息科学研究院(以下简称“量子院”) A. Sillanpää基于高硬度的单晶碳化硅薄膜材料，教授合作成功开发了多模态、长寿命的光声量子存储器。存储器在模式稳定性和信息存储时间方面刷新了国际记录。2025年1月31日，相关结果以“Degeneracy-breaking and long-lived multimode microwave electromechanical systems enabled by cubic silicon-carbide membrane crystals“国际知名期刊《自然-通信》在线发表。(Nature Communications)上。

作为量子信息处理的关键技术，光声接口器件一直受到研究者的关注。优质因子(Q 因子)机械振子在这些领域起着至关重要的作用，其性能直接影响量子信息的存储、传输和处理效率。然而，QQ中传统材料和结构的机械振子在因素和频率稳定性方面存在一定的局限性，难以满足日益增长的量子技术需求。3C-SiC 作为一种性能优异的半导体材料，它具有高热导率和高应力特性，是一种高Q 研究开发因子机械振子提供了新的可能性。

研究小组在3C-SiC 薄膜晶体中发现了机械振动模式的简化和缺陷。在不均匀应力的作用下，原本简化的机械模式出现频率分裂，形成了频率差异小的模式。这些模式不仅保留了高Q 因素的特点也表现出独特的模式形状，为微波光声接口系统的精确控制提供了更多的选择。比如(1、3)和(3、1)模式对等，(1、4)和(4、1)模式对等，都表现出极高的Q 因素具有明显的中心垂直位移，可以通过微波腔电机械的相互作用有效读取，部分模式的表面振动形状如图1所示。

为验证3C-SiC 膜晶体的性能，研究团队设计和构建了一个精致的实验装置。如图2所示，该装置包括一个3D超导微波谐振腔和一个机械平行板电容芯片。3C-SiC 通过金属化处理和特定电极结构设计，薄膜芯片精心制作并安装在谐振腔内，实现了与微波腔场的高效耦合。在实验中，研究人员采用了连续波泵浦-检测方案和脉冲泵浦-检测序列，对机械振子的性能进行了全面的测试和表征。研究人员可以通过精确控制外部驱动功率和检测信号的频率来实时监控机械振子的动态行为，包括其共振频率。Q 关键参数，如因子和能量衰减率。

单晶碳化硅薄膜提供的声学模式具有极高的频率稳定性，开辟了构建多模态光声存储器件的新篇章。研究小组在实验中表示21 一种机械模式，其中 19 个模式的Q 因子超过108，显示出极高的质量因子。尤其值得注意的是，(1,3)模式共振频率为 871.318 kHz，Q 这些因素达到1.18×能量衰减率仅为108。 8.2 mHz，纯退相关率较低 0.28 mHz，这些优异的性能指标为量子信息处理中的长寿命存储和低噪声操作提供了坚实的基础。此外，研究人员还实现了4035秒的群延迟时间超过一小时，如图3c所示。这是微波机械系统中的第一个结果。受益于高稳定性，如图3d所示，单晶碳化硅薄膜为慢光技术和光信号存储开辟了新篇章。

这项工作创造了多个世界记录，包括振子的稳定性、慢光群的延迟和声子的相关存储时间。这项研究通过了3C。-SiC 在膜晶体中引入简化和破缺现象，高Q成功实现机械振子因子的突破。这种长期高稳定的机械振动给固体量子信息的存储带来了新的可能性，也给高精度传感器和异构网络的构建带来了新的机遇。后续团队将进一步推进多通道高性能“微波-光”量子相关接口核心仪器的建设，为量子信息处理等领域的分布式量子网络建设提供重大支撑，提供高性能物理平台。

这篇论文的作者包括刘玉龙，量子院副研究员，孙换莹助理研究员，刘其春，吴海华，芬兰 Mikalto大学 A. Sillanpää教授和量子院工业研究部部长李铁夫研究员。这项工作得到了北京国际港澳台合作项目、国家自然科学基金委员会和中国科学技术协会青年人才支持项目等相关项目的资助。