两个声学谐振器共享量子成果
由深圳国际量子研究院的谭典领衔、与斯图加特大学及其他机构合作的研究团队，在一块混合芯片上实现了涉及两个、四个和六个声学模式的量子纠缠。团队还在两个独立的机械谐振器之间传输了涉及两个和四个模式的纠缠态，展示了振动所承载量子信息的制备与传输。
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制备纠缠态最突出的结果是双模式态的保真度达到 0.912 ± 0.003。保真度衡量实验量子态与预期状态的接近程度，1 代表完全匹配。四模式态和六模式态的相应数值分别为 0.790 ± 0.003 和 0.570 ± 0.001。
这项发表于《科学》的研究题为《宏观声学谐振器中真正多体纠缠的确定性生成与分发》，刊发日期为 2026 年 10 月 15 日。深圳国际量子研究院于 10 月 16 日公布了这项成果。
这项实验汇集了构建更大型声学量子系统所需的三项任务：创建共享量子态、在硬件单元之间传输量子态，以及对其进行测量。最复杂的实验态涉及六个声学模式，传输实验则涉及两个和四个模式。
振动如何承载量子信息
芯片使用声子，即机械振动的量子单位。声子在振动中的作用类似光子在光中的作用：它描述量子系统中的一份离散能量。
这些机械器件是高泛音体声学谐振器，简称 HBAR。每个谐振器都支持多个声学模式，也就是不同频率下的不同振动形式。乐器可以发出多个音符；谐振器同样支持多种振动形式，不过要控制它们的量子态，需要精度高得多的设备。
HBAR 受到研究人员青睐，因为它能结合多种模式、相对较长的存储寿命，并兼容芯片集成。单个器件中的多个模式可提供多个编码量子信息的位置，减少每个模式都使用独立机械元件的需求。
什么是真正的多体纠缠？
谭典及其同事生成了真正的多体纠缠。简单来说，量子关联属于所有参与模式构成的整体。无法将这个量子态拆分成若干相互独立的小组，同时保留其全部纠缠。
例如，六个模式若组成三个彼此独立的纠缠对，其结构就不同于六个模式之间共享的真正纠缠。后者为研究人员提供了一种集体量子资源，可支持跨越处理器或网络多个部分的运算。
谭典将这种共享关联描述为量子网络和分布式量子信息处理的资源。节点是能够存储或处理量子信息的独立单元。分布式处理则是由相互连接的单元分担一项任务。
论文作者在摘要中这样介绍他们的实验成果：
我们报告了在两个多模声学谐振器之间生成并传输了真正的多模纠缠。
因此，这套硬件既能创建集体量子态，也能在不同机械器件之间传输这种状态。要将声学量子元件连接成更大的系统，这两项能力缺一不可。
超导量子比特控制多个模式
研究人员将声学谐振器与可调谐超导量子比特耦合。量子比特是可控的量子信息单元。在这项实验中，量子比特为制备、操控和测量机械量子态提供了手段。
团队精心设计了声学模式的频率分布，以及量子比特与声子的相互作用。这使一个超导量子比特能够与多个机械模式强烈相互作用，让研究人员通过一个共享控制元件访问多种振动形式。
强耦合意味着相互作用足以让量子信息在可控条件下交换，而不会先被损耗和意外干扰压过。对多个模式进行选择和控制，是将谐振器的多种振动形式转化为实用量子资源的关键。
由此形成的架构结合了不同类型的量子硬件：机械谐振器存储声学态，超导量子比特对其进行控制，可调谐量子耦合器则连接电路的不同部分。将这些元件集成在芯片上，是团队提出的模块化设计的基础。
制备数据说明了什么
《科学》论文报告了制备目标纠缠态时的以下保真度：
- 两个模式：0.912 ± 0.003，即 91.2% 的保真度。
- 四个模式：0.790 ± 0.003，即 79.0% 的保真度。
- 六个模式：0.570 ± 0.001，即 57.0% 的保真度。
保真度的下降体现了复杂度提升所付出的代价。从两个模式增加到六个模式，测得的保真度下降了 34.2 个百分点。更多模式扩大了共享量子态的规模，同时也提高了制备和控制的难度。
保真度描述测得的量子态与目标状态的相似程度。每个数值后列出的不确定度表示该测量报告的不确定范围。研究人员确认，制备出的三种状态都属于真正的纠缠态。
作者还将他们的方法称为确定性方法。这意味着制备过程通过受控步骤完成，而不是依靠从随机事件中挑选偶尔成功的结果。确定性操作和保真度衡量的是不同方面：即使采用受控的制备步骤，最终状态仍可能并不完美。
在机械节点之间传输纠缠
传输实验使用了两个独立的 HBAR 谐振器，并按照相同的混合芯片架构与超导量子比特及可调谐耦合器集成。团队在两个谐振器之间交换量子信息，并将纠缠态从一个机械节点传输到另一个节点。
对于涉及两个模式的量子态，报告的传输保真度为 0.785 ± 0.006；对于涉及四个模式的量子态，传输保真度为 0.601 ± 0.006。换算成百分比，分别为 78.5% 和 60.1%。
传输结果将实验从声学硬件内部制备纠缠推进了一步，展示了将共享量子态移至另一个谐振器的途径。当不同节点需要存储或处理一项计算的不同部分时，这是一项必要操作。
报告中的传输实验涵盖两个和四个模式；将传输扩展到六个模式仍是后续任务。目前展示的连接位于同一芯片上的谐振器之间，团队提出的大型网络则可通过增加更多相连的硬件单元来构建。
用两个量子比特测量更大的声学态
研究人员还开发了一种量子态层析方法，可在多个声学模式之间重复利用超导量子比特。层析通过对实验的多次重复制备进行多轮测量，重建量子态。
这一步很重要，因为设计控制序列只是实验的一部分。研究人员还需要通过测量揭示实际制备出的状态，包括不同模式之间的关联。
团队仅用两个超导量子比特，就对多模纠缠声子态进行了层析测量。通过在不同模式之间重复使用这些测量资源，他们不必为每个声学模式都配备独立的测量量子比特。
谭典称，这是当时量子声学平台上对多模声子态进行的规模最大的实验表征。这一说法针对的是量子态重建的规模。其实用贡献在于，这种测量方法能在声学系统不断扩大的同时，更充分地利用数量有限的量子比特。
芯片布局为何重要
团队的二维芯片架构针对的是扩展这类实验时面临的一项物理限制。依赖三维微波腔的传统设计，在研究人员试图连接更多元件时，会面临空间和工程方面的挑战。
谭典表示，芯片方案具有模块化、易集成和可扩展的优势。该方案拟将单个超导量子比特分别耦合到机械谐振器，再通过可控耦合器连接这些量子比特。
每增加一个谐振器，就可能带来多个声学模式。因此，这种设计提供了两个扩展方向：连接更多谐振器节点，以及利用每个谐振器所支持的更多模式。
制备和传输数据也显示出仍需完成的工作。随着参与模式数量增加，保真度有所下降；而传输保真度也低于相应的制备保真度。要构建更大的处理器，就需要在增加模式数量和连接数量的同时，维持量子态的实用性。
从这项实验走向更大规模的网络
这项工作的直接成果，是搭建了一个实验室平台，结合了多模纠缠、机械节点之间的传输，以及量子态重建。已经展示和计划推进的步骤如下：
- 2026 年 10 月 15 日：《科学》论文发表，记录了涉及两个、四个和六个模式的真正纠缠态制备，以及涉及两个和四个模式的传输。
- 2026 年 10 月 16 日：深圳国际量子研究院公布了合作研究成果，并介绍了团队的控制与测量方法。
- 拟议的下一阶段：增加更多 HBAR 谐振器和超导量子比特，并通过可控耦合器连接，以扩大量子纠缠资源。
团队尚未公布更大规模网络的时间表。其方案直接建立在已经展示的硬件之上：以谐振器作为模块，以声学模式作为量子资源，并通过超导电路进行控制和连接。
对于量子计算研究而言，这项贡献十分具体。实验展示了多个振动模式如何共享真正的量子态、纠缠态如何在谐振器之间传输，以及两个量子比特如何帮助重建规模更大的声学态。要进一步拓展这一方案，下一步需要提高保真度并连接更多节点。
要点
- 谭典团队与国际合作者制备了涉及两个、四个和六个声学模式的真正纠缠态。
- 制备保真度依次为 91.2%、79.0% 和 57.0%。
- 涉及两个和四个模式的纠缠态在独立谐振器之间传输，保真度分别为 78.5% 和 60.1%。
- 团队重复利用两个超导量子比特，通过层析重建多模声子态。
- 团队提出通过增加谐振器、量子比特和可控连接来扩展芯片架构。
