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声波为存储量子信息带来突破
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量子计算有望以前所未有的速度解决复杂问题，推动人工智能、金融、物流、材料科学、药物发现和密码学等领域的突破。
但是，尽管这项技术的潜力巨大，但实现它并不容易，因为实践证明，让量子计算机工作并利用它们解决现实世界的问题确实非常困难。
量子计算仍是一项实验技术，研究人员 加工 关于克服 障碍 执行 量子级现象的精确模拟。 这里的主要问题之一是存储信息 良久.
本篇 这是因为超导量子比特虽然拥有强大的处理量子信息的能力，但是其相干时间却相当有限。
相干性是指量子系统在叠加态中维持不同状态之间关系的能力。这一基本特性使得量子比特能够存在于基态的线性组合中，从而实现量子计算的核心——并行性和干涉性。
相干性对于执行量子操作至关重要，但它相当脆弱，并且可能 容易迷路 通过与环境的微小互动。
如果没有相干性，量子比特就会失去量子行为，使量子计算变得毫无意义。而退相干是相干性丧失的过程，它仍然是构建和操作量子计算机的一大挑战。
现在，超导量子比特是实现量子比特的一种物理方式，它依靠保持量子相干性来发挥作用。 但是当然，退相干仍然是他们面临的最大挑战。
超导量子位 超导是由特定材料制成的微型电路，利用叠加和纠缠等量子现象进行计算。用于制造电路的材料被冷却至接近绝对零度，使其具有超导性，这意味着它们可以无阻力地导电。
虽然这些超导量子位在快速计算方面表现出色，但它们难以长时间存储信息。
然而，光子和声子之间的界面可以允许量子信息 被存储 在长寿命机械振荡器中。加州理工学院的一个团队就做到了这一点；他们引入了一个平台，该平台依赖于纳米级结构中的静电力来实现量子比特和纳米机械振荡器之间的强耦合。
能量衰减时间（T1）约为25毫秒，超过了集成超导电路中实现的能量衰减时间。
为了探索退相干的根源并降低其影响，该团队采用了量子操作。双脉冲动态退耦序列的使用帮助他们实现了更长的相干时间 (T2)，从 1 μs 延长至 64 ms。
此 调查结果 研究表明，在超导设备中、机械振荡器 可以作为量子存储器， 这个 潜力 至 使用 在量子计算、传感和传导领域。
声波如何更长时间地存储量子态
传统计算机 喜欢 笔记本电脑和手机以比特的形式存储信息。
位是数字信息的最小单位，是逻辑的基本部分，可以采用单个二进制值零或一。
与此同时，量子计算机可以同时具有零和一的状态，这被称为叠加，这就是量子计算有望解决传统计算机无法解决的问题的原因。
许多现有的量子计算机 基于 在超导电子系统中，电子在极低温度下无阻力流动。在这些系统中，当电子的量子力学特性使其流经谐振器时，就会产生超导量子比特。
这些量子比特非常擅长执行计算所需的逻辑运算。但它们并不擅长存储信息，这 被代表 通过特定量子系统的数学描述。
为了延长量子态的存储时间，工程师们一直在研究为超导量子比特构建“量子存储器”。
加州理工学院的一组科学家采用混合方法实现了这些量子存储器。
使用这种方法，电信息可以有效地转换成声音。为了将量子信息转换成声波，他们使用了一种类似微型音叉的微型装置。
本篇 使量子态的寿命比其他技术延长了三十倍，为可扩展、实用的量子计算机奠定了基础，其容量 不仅仅是计算 但也要记住。
一旦获得了量子态，你可能并不想立即用它做任何事情。你需要有一种方式，在需要进行逻辑运算时能够返回到该状态。为此，你需要量子存储器。
– Mohammad Mirhosseini，电气工程与应用物理学助理教授 加州理工学院
该研究得到了美国国家科学基金会和空军科学研究办公室的资助 被领导 作者：加州理工学院研究生 Alkim Bozkurt 和 Omid Golami 以及 是 出版1 发表在《自然物理》杂志上。
它详细描述了在芯片上制造超导量子比特的过程， 然后连接 到称为机械振荡器的微型装置。
机械振荡器是一种展示振荡运动的系统。 这是 本质上 一个微型音叉，在本研究中，它由柔性板组成。 这些盘子 受到振动 使用千兆赫（GHz）频率的声波。
当研究小组在这些柔性板上放置电荷时，它们可以与携带量子信息的电信号相互作用，从而将其传输到设备中作为“记忆”存储，然后再传输出去或“记住”。
研究人员测量 到底多久 一旦信息进入设备，振荡器就会失去其量子内容。
“事实证明，这些振荡器的寿命比目前最好的超导量子比特长 30 倍。”
–米尔侯赛尼
这种构建量子存储器的方法 有各种好处 优于其他技术。 例如，声波的传播速度比电磁波慢得多，因此可以制造出更紧凑的设备。
电磁 (EM) 波是振荡电场和磁场的横波，可在空间中传输能量。 它们是由带电粒子加速产生的，涵盖了无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等光谱。
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| 特性 | 电磁波 | 声波（机械波） | 与量子记忆的相关性 |
|---|---|---|---|
| 传播 | 无需介质；在真空中传播 c | 需要介质（固体/液体/气体） | 机械能被限制在芯片结构内，从而减少泄漏 |
| 典型设备频率 | GHz至THz | MHz–GHz（超声波/声子） | GHz 声子与超导电路匹配，用于存储/转导 |
| 设备占用空间 | 等效波长下更大的谐振器/路由 | 速度较慢⇒波长较短⇒设备紧凑 | 在一块芯片上实现多个“音叉”（可扩展内存） |
| 退相干信道 | 辐射损耗、电介质/导体损耗 | 声子散射、材料损失 | 工程带隙和去耦扩展 T1/T2 |
所有电磁波在真空中都以光速传播，不需要介质来传播。
与此同时，声波是一种机械波，类似于声波，它通过使介质中的粒子振动、压缩和膨胀，在固体、液体或气体等介质中传输能量。这些波 特点是 根据频率、振幅和波长等特性，声波可以分为多种类型。声波涵盖一系列频率，包括次声波和超声波。
由于机械振动与电磁波不同，不会在自由空间中传播，因此能量不会从系统中泄漏 并能 更强地限制在介质内，从而延长存储时间并减轻附近设备之间不良的能量交换。
这些好处使得许多这样的音叉成为可能 包含在 单芯片，提供可扩展 方式 量子存储器。
根据 Mirhosseini 的说法，这项研究表明声波和电磁波之间的相互作用很小 打印车票 探究该混合系统作为记忆元件的价值。
“要让这个平台真正用于量子计算，你需要能够以更快的速度将量子数据输入系统并输出。这意味着我们必须找到方法，将交互速率提高到现有系统的三到十倍，”米尔霍赛尼说道。 而 团队有想法 以 如何实现这一点。
量子硬件和软件：走向商业化之路
加州理工学院的科学家发明的新设备已经研发了一段时间了。
几年前，在他们之前的工作中，该团队 显示 那声音， 特别 声子， 哪个是 振动的单个粒子 就像如何 光子 旨在, 可以提供一种存储量子信息的简单方法。
当时，Mirhosseini 的团队 显示 他们采用实验室中的新方法，探索声子，因为构建可以存储这些机械波的小型设备相对方便。
该团队在实验中测试了看起来适合与超导量子位配对的设备，因为它们在相同的非常高的 GHz 频率下工作。
人类的听力范围是赫兹到千赫兹（高达~20 kHz），而这些设备的工作频率为千兆赫（每秒数十亿次循环），频率大约高出 50,000 倍。
经过测试的设备还具有较长的寿命，并且在超导量子比特保存量子态所需的低温下表现良好。
正如 Mirhosseini 当时指出的那样，其他研究已经探索了压电材料（一种特殊材料），将其作为在量子应用中将机械能转化为电能的一种方式。他补充道：
“然而，这些材料往往会导致电波和声波的能量损失，而能量损失是量子世界中的一大杀手。”
相比之下，加州理工学院团队开发的新技术不依赖于特定材料的特性，因此适用于现有的基于微波的量子设备。
对于那些探索量子应用的人来说，构建具有紧凑尺寸的有效存储设备是另一个挑战。
这个挑战 还解决了 通过新方法，“可以将电路中的量子信息存储的时间比其他紧凑型机械设备长两个数量级”，该研究的主要作者、Mirhosseini 团队的研究生 Bozkurt 说道。
虽然加州理工学院的声波平台前景光明，但它只是全球各机构正在进行的更大规模研究工作的一部分。科学家们正在测试各种方法来克服量子计算机的挑战。
例如，南加州大学的研究人员 转向数学2.
他们正在使用忽略子来解决一些拓扑量子比特的问题。 这类理论粒子被命名为 例如他们如何 衍生 从被忽视的理论 数学，可以为实验实现通用拓扑量子计算机开辟一条新途径。
“我的目标是尽可能向其他研究人员证明，非半简单框架不仅有效，而且是一种更好地理解量子理论的令人兴奋的方法。”
– 合著者 Aaron Lauda
同时，科学家们正在通过另一种方法控制量子点发出的光，这可以带来更便宜、更快、当然也更实用的量子技术。
为此， 研究合作发现了一种新方法3 它依赖于受激双光子激发，允许量子点发射不同偏振状态下的光子流，而无需电子切换硬件。 经过测试，研究人员 能够 至 顺利 生产 优异的双光子态 保持 卓越的单光子特性.
“这种方法之所以特别优雅，是因为我们把复杂性从单光子发射后昂贵的、会引起损耗的电子元件转移到了光激发阶段，这是使量子点源在实际应用中更加实用的重要一步。”
– 首席研究员 Vikas Remesh
还有来自伊利诺伊大学香槟分校格兰杰工程学院的团队，他们 提出了高性能模块化设计4 用于保真度约为 99% 的超导量子处理器。
模块化架构与限制性的整体设计不同，它具有更高的可扩展性、更容易的改进以及对不一致性更强的适应能力。
虽然大多数努力显然仍然集中在量子计算机的硬件部分，但现在人们开始转向软件，因为人们认为这项技术“即将实现商业可行性”，因此需要对它们做一些有用的事情。
在这方面，量子算法公司 Phasecraft 从多家支持者那里筹集了 34 万美元，其中包括与丹麦制药巨头相关的投资公司 诺和诺德 (NVO -0.99％).
Phasecraft 的算法，其首席执行官 Ashley Montanaro，相信，将能够在“明年春天”之前运行“具有科学重要性”的计算，并且一些具有商业用途的应用程序可能会在“未来几年内”推出。
现在人们对算法的兴趣日益浓厚。最近，谷歌的一位研究人员声称，他们设计出了一种量子计算机，将运行Shor算法所需的量子计算机规模缩小了20倍，从而可以 使用 破解当今最广泛使用的加密形式。
作为回应，开发商 Hunter Beast 引入BIP 360 试图使比特币（BTC）具有量子计算抵抗力。
与此同时，量子计算公司 Norma 使用 NVIDIA CUDA-Q 验证了其用于药物开发的量子 AI 算法的性能，观察到计算速度提高了约 73 倍。
投资量子计算
许多大人物正在进行超导量子计算的研究，其中包括 IBM (IBM -2.21％), 英特尔 (INTC -2.2％)等等。但今天，我们将探讨 霍尼韦尔国际公司 (HON -0.91％)该公司通过其在 Quantinuum 的多数股权深度参与量子计算。
量子 霍尼韦尔国际公司 (HON -0.91％) 企业
Quantinuum 是一家量子计算公司，由 Cambridge Quantum 和 霍尼韦尔量子解决方案. 为了 加速容错量子计算机的发展，已获得投资者的资金 喜欢 摩根大通。
去年，它 证明 史上最可靠的逻辑量子比特。Quantinuum 将微软突破性的量子比特虚拟化系统（具有错误诊断和纠正功能）应用于其离子阱硬件，成功运行了超过 14,000 次独立实验，且未出现任何错误。
上个月，Quantinuum 推出 两个新的开源软件组件，包括 Guppy（一种托管在 Python 内部的语言），其首席执行官 Rajeeb Hazra 将其描述为“开发人员的范式转变”，以及一个名为 Selene 的模拟器，它是一种模仿量子行为的“数字孪生”，供程序员测试和调试他们的代码。
新的全栈平台是为 Quantinuum 即将推出的下一代量子计算机 Helios 做准备。
所以， 该公司正在量子硬件和软件方面取得进步，其研究和商业活动针对人工智能、网络安全、化学模拟和其他应用。
霍尼韦尔通过 Quantinuum 开发了先进的离子阱量子计算机， 使用 电磁捕获离子作为量子比特，用于高保真计算，提供给客户 in 医疗保健、金融和公用事业等各个领域。
综合运营公司是 主要 涉及三大趋势， 哪个是 自动化、航空和能源转型。 同时，它通过几个关键环节提供服务：
- 航空航天技术
- 工业自动化
- 楼宇自动化与能源
- 可持续发展解决方案
HON 的市值为 139.36 亿美元，截至撰写本文时，其股价为 218.40 美元，年初至今下跌 2.83%。其每股收益 (TTM) 为 8.79 美元，市盈率 (TTM) 为 24.96 美元。股息收益率为 2.06%。
霍尼韦尔国际公司 (HON -0.91％)
财务方面，霍尼韦尔公布 10.4 年第二季度销售额为 2025 亿美元。每股收益为 2.45 美元，调整后每股收益为 2.75 美元。
在此期间，该公司完成了价值1.3亿美元的个人防护设备（PPE）业务出售，完成了价值2.2亿美元的Sundyne收购，并宣布以1.8亿英镑收购庄信万丰（Johnson Matthey）旗下的催化剂技术业务。此外，该公司还回购了价值1.7亿美元的股票。
首席执行官维马尔·卡普尔 (Vimal Kapur) 指出，尽管宏观经济形势难以预测，但实现“出色业绩”具有重要意义，即实现有机增长和调整后每股收益均超出预期。
“在楼宇自动化的引领下，本季度四分之三的部门销售额增长超过5％，这证明了我们的加速器操作系统能够快速适应并推动增长，即使在商业环境发生变化的情况下也是如此，”Kapur 表示，同时指出“我们更加注重新产品创新，取得了可喜的成果，这进一步支持了我们创纪录的积压订单的增长。”
结语
量子计算可以推动人工智能、医疗保健、材料科学、网络安全和其他行业的重大进步。但这项技术的进步不仅仅取决于 量子比特性能 而且还依赖于可靠存储量子信息的能力。
加州理工学院的平台提供了一个实现这一目标的方案。通过将计算和内存集成到单个芯片中，这项新进展将使该领域更接近实际应用。
参考文献：
1.Bozkurt, AB、Golami, O.、Yu, Y.、Tian, H. 和 Mirhosseini, M. (2025). 微波光子的机械量子存储器。 自然物理学，（提前在线出版），出版日期：13 年 2025 月 10 日。收到日期：2025 年 17 月 2025 日；接受日期：XNUMX 年 XNUMX 月 XNUMX 日。 https://doi.org/10.1038/s41567-025-02975-w
2. Iulianelli, F., Kim, S., Sussan, J. 等人，使用非半简单拓扑量子场论中的 Ising 任意子进行通用量子计算。 自然通讯，16，6408，发布于 05 年 2025 月 13 日。收到日期：2024 年 18 月 2025 日；接受日期：XNUMX 年 XNUMX 月 XNUMX 日。 https://doi.org/10.1038/s41467-025-61342-8
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4. Mollenhauer, M., Irfan, A., Cao, X. 等人。可互换超导量子比特装置的高效基本网络。 自然电子，8，610–619，发表于27年2025月2025日（发行日期08年2024月）。收稿日期：23年2025月XNUMX日；接受日期：XNUMX年XNUMX月XNUMX日。 https://doi.org/10.1038/s41928-025-01404-3
