اساتید دانشگاه ییل موفق به ساخت وسیله‌ای شدند که از امواج صوتی برای ذخیره‌ی اطلاعات کوانتومی و تبدیل آنها از نوعی به نوع دیگر در یک تراشه‌ی یکپارچه استفاده میکند. این دستگاه به یک اتم مصنوعی ابررسانا -یک کیوبیت- این قابلیت را می‌دهد که انرژی و داده های کوانتومی را با یک تشدیدگر موج صوتی فرکانس بالا (HBAR) تبادل کند. قدرت دستکاری و ذخیره‌ی کدهای کوانتومی شکننده با روشی مقاوم و ساده یکی از گام‌های اساسی در گسترش تکنولوژی محاسبات کوانتومی است.
این پروژه با همکاری پروفسور رابرت شولکوپف- استاد فیزیک کاربردی و فیزیک در دانشگاه ییل- و پیتر راکیچ – استادیار فیزیک در دانشگاه ییل- صورت گرفته است. یوون چو- همکار پست دکتری در آزمایشگاه شولکوپف- هدایت این پژوهش را برعهده داشت و به عنوان نویسنده‌ی اول این تحقیق در نسخه‌ی آنلاین ژورنال ساینس در تاریخ ۲۱ سپتامبر، نام او به چشم می‌خورد. به گفته‌ی چو وسیله جدید بیانگر کیوبیتی ساخته شده از آلومینیوم ابررسانایی و تشدیدگر مکانیکی ساخته شده از ویفر یاقوت کبود است.ویفر مدنظر، دارای دو سطح جلا داده شده است که مانند آینه‌هایی در مقابل امواج صوتی رفتار میکنند.
چو افزود: ” ما دریافتیم که حتی تک ذره‌ی کوانتومی از صوت، و یا یک فونون، زمانیکه در بین این آینه‌ها حرکت میکند، می‌تواند برای مدتی طولانی به زندگی خود ادامه دهد. بعلاوه می‌تواند با کمک دیسکی از نیترید آلومینیوم با یک کیوبیت ابررسانای ساخته شده بر روی محیط یاقوت کبود جفت شود و با کمک از آن انرژی صوتی را به انرژی الکترومغناطیس و انرژی الکترومغناطیس را به انرژی صوتی تبدیل کند.” همچنین ترکیب این ویژگی‌ها محققان را قادر می‌سازد که حالات کوانتومی را میان کیوبیت و تشدیدگرهای مکانیکی به جلو و عقب هدایت کنند. او همچنین اضافه کرد ساخت این وسیله نسبت به دیگر سیستم‌ها که از ادغام مدارهای ابررسانایی با حرکت مکانیکی بدست می‌آیند، ساده‌تر است.
دانشمندان دانشگاه ییل در پژوهش های اخیر، پیشرفت‌های شایان ذکری در شاخه ابررسانایی کوانتومی، با هدف تولید ابزارهای الکترونیکی که نسخه‌ی کوانتومی مدارهای یکپارچه هستند، بدست آورده اند. به گفته‌ی چو پتانسیل ترکیب این علم با تشدیدگرهای مکانیکی گامی روبه جلو است. وی افزود: برای نمونه، می‌توان از تشدیدگرهای مکانیکی به منظور ذخیره‌ی اطلاعات کوانتومی تولید شده توسط کیوبیت‌های ابررسانایی به صورت فشرده‌تر و محکمتر استفاده کرد. بعلاوه می‌توان از آنها برای اتصال مدارهای ابررسانایی به انواع دیگر اشیاء کوانتومی همانند نور مرئی و یا نور مادون قرمز استفاده کرد. به طور بالقوه دانشمندان می توانند اطلاعات کوانتومی را در مدارهای خود تولید کرده و سپس آنها را با استفاده از نور در فواصل طولانی انتقال دهند.
امواج صوتی با همان ارتعاشات کوچک چگالی این قابلیت را دارند که از طریق تمام مایعات منتشر شوند و این باعث می‌شود ملکول‌های مایع در فواصل منظمی، تحت فشار قرار گیرند. در حال حاضر فیزیکدانان به صورت نظری مشخص میکنند که در مایعات کوانتومی تک بعدی، نه یک نوع، بلکه دو نوع موج صوتی امکان انتشار دارد. هر دو مدل موج تقریبا با سرعتی یکسان حرکت میکنند، ولی ترکیب امواج چگالی و امواج دمایی هستند. اگرچه سیالات کلاسیکی، بیشتر فقط از یک نوع موج صوتی یا یک موج چگالی دارند، اما در نظر داشته باشید هلیوم مایع یک استثنا است. هلیوم مایع به عنوان ابرسیال می‌تواند بدون کمترین اصطکاک جاری شود. برخلاف سیالات کلاسیک، ابرسیال هلیوم، دو موج صوتی دارد، یک موج چگالی و یک موج دمایی که با سرعت‌های متفاوتی انتشار میابند.
محققین بر این باور استوارند که سیالات کوانتومی تک بعدی، مشابه ابرسیال هلیوم هستند، از این نظر که هر دو سیال، دارای دو نوع موج صوتی است. اما از طرف دیگر، آنها کاملا متفاوت‌اند به این ترتیب که مایعات کوانتومی به جای یک موج صوتی که دارای یک موج چگالی و یک موج دمایی باشد، دو موج صوتی که هر یک ترکیبی از مشخصه‌های دو موج دیگر یعنی چگالی و دمایی هستند را دارند. این هویت دورگه در مایعات کوانتومی تک بعدی با ماهیت امواج صوتی در هر سیال دیگری مانند هلیوم مایع فرق میکند. محققین همچنین نشان دادند که این دو موج صوتی دو رگه با شتاب های تقریبا مشابهی، منتشر می‌شوند که تفاوت اندک در شتابشان هم به میزان دما وابشته است. دانشمندان انتظار دارند در آینده ای نزدیک بتوانند وجود این امواج صوتی دورگه را به طور آزمایشگاهی در سیم‌های کوانتومی طویل یا دام‌های اتمی، یعنی جاهایی که اطمینان داریم مایعات کوانتومی تک بعدی وجود دارند ثابت کنند.
