人类在数字时代创造了大量数据 - 无论是通过社交媒体帖子，电子邮件和谷歌搜索等日常用品，还是有关健康，财务和科学发现的更复杂信息。

国际数据公司报告称，2018年全球数据球包含33个zettabytes，即33万亿GB。到2025年，他们预计这个数字将增长到175 zettabytes。存储在DVD上的175个zettabytes信息将填充足够的DVD以圈出地球222次。

虽然量子计算被吹捧为智能分类大数据的一种方式，但量子环境很难创建和维护。纠缠量子比特状态或量子比特通常在崩溃之前持续不到一秒钟。Qubits对周围环境也非常敏感，必须在低温下储存。

在通讯物理学发表的一篇论文中，亚利桑那大学材料科学与工程系的研究人员证明了在经典环境中声波可以在没有时间限制和脆弱性的情况下进行量子信息处理工作。

“我们可以运行我们的系统多年，”材料科学与工程系研究主任，该论文的作者之一Keith Runge说。“它非常强大，我们可以把它带到一个贸易展之外，而不会在今年早些时候受到干扰，我们做到了。”

材料科学与工程研究助理教授Arif Hasan领导了这项研究。其他合着者包括MSE研究助理教授Lazaro Calderin; 本科生Trevor Lata; 皮埃尔卢卡斯，MSE和光学科学教授; 和Pierre Deymier，MSE部门主管，应用数学研究生跨学科项目成员，以及BIO5研究所成员。该团队正在与亚利桑那州的Tech Launch办公室合作，该办公室将研究产生的发明商业化，为其设备申请专利，并正在调查商业途径，以便将创新带给公众。

量子叠加

在经典计算中，信息存储为0或1，与硬币必须落在头部或尾部的方式相同。在量子计算中，量子比特可以同时存储在两种状态中 - 即所谓的状态叠加。想象一下侧面平衡的硬币，旋转得如此之快，以至于头部和尾部似乎同时出现。

当量子比特被纠缠时，一个量子比特发生的任何事物都会通过一种称为不可分离性的原则影响另一个量子比特。换句话说，在桌子上击倒一个旋转硬币，同一桌子上的另一个旋转硬币也倒下。一种称为非局域性的原则即使它们相距很远也能保持粒子的连接 - 击倒一个旋转的硬币，而宇宙另一侧的纠缠对应物也会下降。纠缠的量子比特创造了一个贝尔状态，其中一个集体的所有部分都相互影响。

“这很关键，因为如果你只操纵一个量子比特，那么你就是在操纵整个量子比特集合，”Deymier说。“在普通计算机中，你有许多信息存储为0或1，你必须解决它们中的每一个。”

从光到声

但是，就像硬币在其边缘旋转一样，量子力学是脆弱的。测量量子态的行为可能会导致链接崩溃或消失 - 就像拍一张旋转硬币的图片意味着只捕获硬币的一面一样。这就是为什么量子比特状态只能维持很短的时间。

但是有一种方法可以使用量子力学进行数据处理：光学科学家和电子和计算机工程研究人员已经证明了创建光子系统或光学系统的能力，这些系统在不具有非局域性的情况下表现出不可分离性。虽然非局域性对于密码学等特定应用非常重要，但对于量子计算等应用来说，这是非易失性。在经典贝尔状态下不可分离的粒子，而不是纠缠在量子贝尔状态，更加稳定。

在材料科学和工程团队已经证明了第一次古典nonseparability可应用于声波，而不仅仅是光波采取这一一步。它们使用phi-bits，由称为声子的准粒子组成的单元，传输声波和热波。

“光激光和单光子是场光子学的一部分，但声波也属于声学，或声子的研究，”Deymier说。“除了稳定之外，经典纠缠的声波很容易与之相互作用和操纵。”

复杂科学，简单工具

展示如此复杂概念的材料很简单，包括三根铝棒，足够的环氧树脂连接它们和一些橡皮筋以增加弹性。

研究人员向杆发出一波声音振动，然后监测波的两个自由度：波向下移动杆的方向(向前或向后)以及杆如何相对于彼此移动(无论它们是否在向外挥动)相同的方向和相似的幅度)。为了将系统激发到不可分离的状态，他们确定了这两个自由度相关联的频率，并以该频率发送波。结果?贝尔州。

“所以，我们有一个声学系统，可以让我们创造出这些贝尔状态，”Deymier说。“这是量子力学的完全模拟。”

证明这是可能的，这为在新兴的声学领域应用经典的不可分性打开了大门。接下来，研究人员将努力增加可以经典纠缠的自由度 - 越多越好。他们还希望开发可以使用这些不可分离状态来处理信息的算法。

一旦系统完善，他们计划将其从桌面调整到微尺度，准备部署在世界各地的数据中心的计算机芯片上。