具有毫秒相干时间的寿命受限吉赫兹频率机械振荡器

具有长相干时间的高频机械振荡器对于实现各种高保真量子传感器、换能器和存储器至关重要。然而，量子应用所需的空前相干时间需要极其灵敏的新技术来探测声子退相干的材料起源，以及减轻机械振荡器中退相干的新策略。在这里，我们将非侵入式激光光谱技术与材料分析相结合，以识别晶体介质中声子退相干的关键来源。使用微加工的高次体声波谐振器（μHBAR）作为实验平台，我们确定声子-表面相互作用是晶体石英中声子退相干的主要来源；晶格畸变、亚表面损伤以及晶体表面附近高浓度的元素杂质被确定为可能的原因。使用优化的抛光工艺去除这一受损表面层可显著提高相干时间，使μHBAR在12 GHz频率下实现超过2.4亿的Q因子，对应超过6 ms的声子相干时间和创纪录的f-Q乘积。使用新的基于布里渊的泵浦-探测光谱技术进行的互补声子线宽和时域振铃测量显示，这些振荡器内的退相可忽略不计。基于这些结果，我们确定了实现超过100 ms相干时间的路径，作为高频量子存储器的基础。这些发现清楚地表明，通过增强对表面的控制，可以在广泛的量子系统中显著降低耗散和噪声。