量子计算中最困难的问题之一是让量子比特保持足够长的相干时间以执行有用的操作。环境噪声、磁波动、温度变化、杂散电场，不断将量子比特推向退相干。标准方法是使用消除低频噪声的脉冲序列，但这些序列通常与用于耦合量子比特的硬件不兼容。
由Eliza Cornell、Benjamin Pingault和Marko Lončar领导的哈佛大学团队展示了一种相反的解决方案：不是对抗环境，而是拥抱机械环境。
发表在《Nature Physics》上的这项工作使用了金刚石中的单个硅空位（SiV）中心（一种自旋量子比特），并对其施加机械应变，从而创造出对低频噪声天生不敏感的”缀饰”量子态。结果是全机械相干保护，结合了800 MHz拉比频率的超快控制。
为什么是声子
大多数量子网络架构使用光子在静止量子比特之间携带量子信息。光子速度快、传播性能好，但它们有局限性：需要较大的器件占地面积，引入串扰，并且难以在芯片尺度上限制。
声子（量子化的机械振动）提供了一种替代方案。它们具有更小的器件占地面积、更低的串扰、低温下的长腔寿命，以及对固态自旋和电磁波的自然耦合。声子量子网络将在静止自旋量子比特中存储和处理信息，并使用声子在同一个芯片上的量子比特之间传输信息。
问题在于，将自旋耦合到共振声子腔同时使用动态解耦脉冲序列来抑制噪声在技术上一直不兼容，直到现在。
全机械保护
该团队的核心创新是在由施加到SiV中心的机械应变创建的缀饰基中执行所有量子操作（光学初始化、门操作和读出）。应变产生的缀饰态天然地受到低频环境噪声的保护，无需额外的脉冲序列。
这种机械缀饰与最终需要用于耦合远距离量子比特的声子腔完全兼容。保护量子比特的声子和将其连接到另一个量子比特的声子是相同的物理机制。
800 MHz的拉比频率对于自旋量子比特来说异常快，使得亚纳秒时间尺度的量子门成为可能。这对于量子纠错至关重要，因为相对于退相干时间的门速度决定了纠错是否可行。
对量子网络的影响
该结果为声子量子网络奠定了基本构建模块。下一步是演示同一芯片上分离的SiV中心之间由声子介导的双量子比特门，这是一个里程碑，将为围绕机械振动而非电磁场构建的片上量子处理器打开大门。
这项工作得到了美国国家科学基金会、空军科学研究办公室、帕卡德基金会和亚马逊网络服务等机构的支持。器件制造在哈佛大学纳米系统中心完成。
局限与注意事项
该演示在低温温度（稀释制冷机范围）下进行，这对于固态自旋量子比特来说是标准条件，但限制了实际部署。机械缀饰技术增加了器件制造的复杂性，需要在金刚石中进行精确的应变工程。目前的结果显示单量子比特控制；两个机械缀饰自旋之间的纠缠操作尚未得到验证。
婷 翻译
来源
1. Cornell, E., Xu, Z., Wang, Z., Warner, H. K., Mann, E., Haas, M., Maity, S., Joe, G., Jiang, L., Rabl, P., Pingault, B., & Lončar, M. (2026). All-mechanical coherence protection and fast control of a spin qubit. Nature Physics. https://doi.org/10.1038/s41567-026-03369-2