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科学家造出“量子麦克风”

2019-8-1 环球解密

斯坦福大学的物理学家开发出高敏感度的“量子麦克风”,可探测到声音的微观能量单位——声子(phonon)。研究者表示,这将为造出更小、效率更高的量子计算机奠定基础。

爱因斯坦最早在1907年提出声子的概念,认为声子是振动的原子发出的能量单位。这些不可见的能量单位,根据其运动频率可体现为声音或热量。

就像光子是承载光线能量的微小单位一样,声子是承载声音能量的量子单位,其振动能量呈离散状态。研究称,“就像由不同的台阶组成一段楼梯一样”。

然而这些“台阶”之间的差异太小了,在这份研究之前,科学家都无法探测声子的状态。

这份研究通过探测粒子的福克态(Fock state)来测量声子的数量,造出了“世界上最敏感的麦克风”。不同数量的声子体现为不同的福克态。发布研究的公文解释说,“比如福克态1代表含有1个声子,越高的福克态代表越大的音量”。

研究者利用超低温纳米机械共振器,与一个超导回路结合造出“量子麦克风”。这种回路组成的量子比特可通过电子设备读取。

研究者称,由于声子的波长比光子小得多,更易于操控,因此使用声子编码进行存储和读写操作的量子计算机,将比用光子的量子计算机更小、效率更好。

“目前人们用光子来研发量子计算机。我们想使用声子,这将有很多优势。”这份研究的负责人Safavi-Naeini说,“我们的设备是造出‘机械化量子计算机’的重要一步。”

“我们希望这种设备为将来量子感应器、传感器和存储设备铺路。”

这份研究7月24日发表在《自然》(Nature)期刊上。

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