兩個聲學共振器共享量子突破
由深圳國際量子研究院的譚典帶領研究團隊，與斯圖加特大學及其他機構合作，在混合晶片上實現涉及兩個、四個及六個聲學模式的量子糾纏。團隊也在兩個分離的機械共振器之間傳送涉及兩個及四個模式的糾纏態，展示了量子資訊如何由振動承載，以及如何加以製備和傳送。
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糾纏態製備的最佳結果，是雙模式態的保真度達 0.912 ± 0.003。保真度衡量實驗中的量子態與預定量子態的接近程度，1 代表完全吻合。四個模式的相應數值為 0.790 ± 0.003，六個模式則為 0.570 ± 0.001。
這項刊於《Science》的研究題為「宏觀聲學共振器中真正多體糾纏的確定性生成與分配」，刊載日期為 2026 年 10 月 15 日。深圳的研究機構於 10 月 16 日公布這項成果。
這項實驗整合了大型聲學量子系統所需的三項工作：建立共享量子態、在硬體單元間傳送量子態，以及進行測量。最具挑戰性的狀態涉及六個聲學模式，傳送實驗則涉及兩個及四個模式。
振動如何承載量子資訊
晶片使用聲子，也就是機械振動的量子單位。聲子在振動中的角色，類似光子在光中的角色：它代表量子系統中一份離散的能量。
這些機械元件是高泛音體聲波共振器（HBAR）。每個共振器都支援多個聲學模式，也就是不同頻率下的不同振動形式。樂器可以發出多個音符；共振器同樣能支援多種振動形式，不過要控制它們的量子態，需要精度高得多的設備。
HBAR 之所以吸引研究人員，是因為它兼具多個模式、相對較長的儲存壽命，以及與晶片整合的相容性。單一元件中的多個模式可提供多個量子資訊編碼位置，減少每個模式都需要獨立機械元件的需求。
什麼樣的糾纏才是真正的多體糾纏？
譚典與同事生成了真正的多體糾纏。簡單來說，量子連結涵蓋所有參與的模式；這個狀態無法拆分成彼此獨立、且各自包含全部糾纏的較小群組。
例如，六個模式若排列成三組彼此獨立的糾纏對，其結構就不同於真正跨越全部六個模式的糾纏。後者能提供集體量子資源，可支援跨越處理器或網路多個部分的運算。
譚典形容，這種共享連結可作為多節點量子網路及分散式量子資訊處理的資源。節點是能儲存或處理量子資訊的個別單元；分散式處理則是由彼此連接的單元分工完成任務。
論文作者在摘要中如此描述實驗成果：
我們展示了在兩個多模態聲學共振器之間生成並傳送真正的多模態糾纏。
因此，這套硬體既能建立集體狀態，也能在不同機械元件之間傳送該狀態。若要將聲學量子元件連接成更大型的系統，這兩項能力缺一不可。
超導量子位元控制多個模式
研究人員將聲學共振器耦合至可調式超導量子位元。量子位元是可控制的量子資訊單元。在這項實驗中，量子位元提供製備、操控及測量機械量子態的方法。
團隊精心設計聲學模式的頻率分布，以及量子位元與聲子的交互作用。如此一來，單一超導量子位元便能與多個機械模式強烈交互作用，讓研究人員透過共用的控制元件，存取多種振動形式。
強耦合代表交互作用足以讓量子資訊受控交換，且不會在損耗與非預期干擾壓過這個過程之前失效。選擇並控制多個模式，是將共振器的多種振動形式轉化為實用量子資源的關鍵。
這套架構結合了不同類型的量子硬體：機械共振器儲存聲學態，超導量子位元負責控制，可調式量子耦合器則連接電路的不同部分。將這些元件整合在晶片上，是團隊所提出模組化設計的基礎。
製備數據呈現的結果
《Science》論文報告了以下目標糾纏態的製備保真度：
- 兩個模式：0.912 ± 0.003，即 91.2% 保真度。
- 四個模式：0.790 ± 0.003，即 79.0% 保真度。
- 六個模式：0.570 ± 0.001，即 57.0% 保真度。
保真度下降凸顯了複雜度增加所付出的代價。參與模式從兩個增加到六個，測得的保真度便降低 34.2 個百分點。增加模式可擴大共享量子態的規模，同時也提高製備與控制的難度。
保真度描述測得的狀態與目標狀態有多相似。各數值後的誤差範圍，代表該測量結果所報告的不確定性。研究人員指出，這三種製備出的狀態都具有真正的糾纏。
作者也將他們的方法稱為確定性方法。這代表製備是透過受控流程進行，而非依賴挑選偶然成功的隨機事件。確定性操作與保真度描述的是不同面向：即使採用受控的製備流程，產生的狀態仍可能不完美。
在機械節點間傳送糾纏
傳送實驗使用兩個分離的 HBAR 共振器，並在同一混合晶片架構中整合超導量子位元與可調式耦合器。團隊在兩個共振器之間交換量子資訊，並將糾纏態從一個機械節點傳送至另一個。
涉及兩個模式的狀態，其傳送保真度為 0.785 ± 0.006；涉及四個模式的狀態，傳送保真度則為 0.601 ± 0.006。換算成百分比，分別是 78.5% 和 60.1%。
傳送結果讓實驗不再只是在聲學硬體內製備糾纏，也展示了將共享量子態傳送至另一個共振器的途徑。當不同節點必須儲存或處理運算中的不同部分時，這是必要的操作。
目前展示的傳送實驗涵蓋兩個及四個模式；將傳送擴展到六個模式仍是後續工作。研究展示的是同一晶片上共振器之間的連結；若要建立更大型的網路，則須加入更多彼此連接的硬體單元。
以兩個量子位元測量更大型的聲學狀態
研究人員也開發出量子態層析方法，讓超導量子位元能在多個聲學模式間重複使用。層析是透過對多次重複製備的實驗進行大量測量，重建量子態。
這一步很重要，因為設計控制流程只是實驗的一部分。研究人員還需要測量，確認實際產生的狀態，包括不同模式之間的關聯性。
團隊僅用兩個超導量子位元，就對多模態糾纏聲子態進行層析。透過在不同模式間重複使用這些測量資源，他們無須為每個聲學模式配置一個獨立的測量量子位元。
譚典表示，這是當時量子聲學平台上規模最大的多模態聲子態實驗表徵。這項說法指的是量子態重建的規模；其實際貢獻，是提供一種測量方法，讓聲學系統擴大時仍能更充分利用有限數量的量子位元。
晶片布局為何重要
團隊的二維晶片架構，旨在解決擴大這類實驗時面臨的物理限制。傳統設計仰賴三維微波腔，研究人員嘗試連接更多元件時，會面臨空間與工程上的限制。
譚典表示，晶片方案具備模組化、整合性及擴充空間。這項設計構想是讓個別超導量子位元分別耦合至不同的機械共振器，再以可控制的耦合器連接量子位元。
每增加一個共振器，就能帶來多個聲學模式。因此，這套設計提供兩種擴展方向：連接更多共振器節點，以及運用每個共振器所支援的更多模式。
製備與傳送數據也顯示後續仍有不少工作。參與模式增加時，保真度會下降；而傳送保真度也低於相應的製備保真度。更大型的處理器必須在增加模式數量與連結數量的同時，維持量子態的實用性。
從這項實驗邁向更大型網路
目前的成果是一套實驗室平台，整合了多模態糾纏、機械節點間的傳送，以及量子態重建。已展示與規劃中的步驟如下：
- 2026 年 10 月 15 日：《Science》刊載涉及兩個、四個及六個模式的真正糾纏態製備成果，以及涉及兩個和四個模式的傳送實驗。
- 2026 年 10 月 16 日：深圳的研究機構公布合作成果，並說明其控制與測量方法。
- 下一階段構想：透過可控制的耦合器連接更多 HBAR 共振器與超導量子位元，以擴大量子糾纏資源。
團隊尚未公布建立更大型網路的時程。其構想直接建立在已展示的硬體上：以共振器作為模組、以聲學模式作為量子資源，並以超導電路控制及連接各元件。
對量子運算研究而言，這項貢獻相當具體。實驗展示多個振動模式如何共享真正的量子態、糾纏態如何在共振器間傳送，以及如何運用兩個量子位元重建更大型的聲學狀態。若要擴展這套方法，下一步需要提升保真度並連接更多節點。
重點整理
- 譚典團隊與國際合作夥伴，製備了涉及兩個、四個及六個聲學模式的真正糾纏態。
- 製備保真度依序為 91.2%、79.0% 和 57.0%。
- 涉及兩個及四個模式的糾纏態，已在分離的共振器間傳送，保真度分別為 78.5% 和 60.1%。
- 團隊重複使用兩個超導量子位元，透過層析重建多模態聲子態。
- 團隊提出以更多共振器、量子位元及可控制的連結，擴展晶片架構。
