研究人員發(fā)明了一種讓不同類型的量子技術(shù)使用聲波相互“交談”的方法。他們正在關(guān)注量子系統(tǒng)，該系統(tǒng)中最小粒子的奇特行為是新一代原子尺度的電子計(jì)算和通信的關(guān)鍵。

但若要在不同類型的技術(shù)之間傳輸信息比如量子存儲(chǔ)器和量子處理器，則是一個(gè)持久戰(zhàn)。這項(xiàng)新研究則是讓量子技術(shù)離現(xiàn)實(shí)更加接近的重要一步。

研究作者、來(lái)自阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的資深科學(xué)家、芝加哥大學(xué)的分子工程研究所教授David Awschalom表示：“我們?nèi)滩蛔“l(fā)問(wèn)：我們能操縱物質(zhì)的量子態(tài)并將其與聲波聯(lián)系起來(lái)嗎？”

[[257854]]

聲波的X射線圖像。圖：Kevin Satzinger and Samuel Whiteley

聲波和“自旋”

運(yùn)行量子計(jì)算操作的其中一種方法是利用電子的“自旋”性質(zhì)，就像現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言中二進(jìn)制的0和1，但若要在別處獲取這些信息就需要一名“翻譯”，科學(xué)家認(rèn)為們聲波可以。

該研究的***作者、研究生samuel表示，他們的目標(biāo)是將聲波與物質(zhì)中的電子自旋耦合起來(lái)。

[[257855]]

納米科學(xué)家Martin用硬X射線納米探針拍攝聲波的X射線圖像。圖：Argonne National Laboratory阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

因此，研究人員造了一個(gè)帶有彎曲電極的系統(tǒng)來(lái)集中聲波，就像用放大鏡聚焦光點(diǎn)一樣。

結(jié)果喜人，但他們需要更多數(shù)據(jù)。

為了進(jìn)一步了解實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，研究小組與阿貢納米材料中心的科學(xué)家合作，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。

他們使用了大型同步加速器（先進(jìn)光子源）非常明亮、強(qiáng)大的X射線作為顯微鏡，當(dāng)聲波以每秒近7000公里（每秒約4350英里）的速度穿過(guò)材料時(shí)，他們就能觀察到材料內(nèi)部的原子。

亞原子研究

“這個(gè)方法使我們能夠在微觀尺度上觀察量子材料中的原子動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)，”Awschalom說(shuō)道：“該實(shí)驗(yàn)室是世界上僅有的幾個(gè)可以使用儀器直接觀察聲波通過(guò)晶格時(shí)原子的移動(dòng)的場(chǎng)所之一。”

研究人員表示，在眾多令人驚訝的結(jié)果之中，其中一點(diǎn)是聲波的量子效應(yīng)比他們最初想象的要復(fù)雜得多。

為了在亞原子水平上建立一個(gè)全面的理論，他們向資深科學(xué)家Giulia Galli尋求幫助對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模，包括對(duì)系統(tǒng)中每個(gè)粒子的相互作用進(jìn)行編組，結(jié)果顯示這些相互作用以指數(shù)形式增長(zhǎng)。

Whiteley表示，通常來(lái)講很難發(fā)送超過(guò)幾個(gè)微米的量子信息，而這種技術(shù)可以擴(kuò)展對(duì)整個(gè)芯片或晶片的控制。

共同***作者、博士后研究員Gary Wolfowicz說(shuō)道：“這項(xiàng)研究的結(jié)果為我們提供了控制量子系統(tǒng)的新方法，并擴(kuò)寬了量子傳感等研究和技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)所。”

[[257856]]

研究人員用一種聲學(xué)芯片來(lái)產(chǎn)生和控制聲波 圖：Kevin Satzinger