北京
該技術有望助力打造更小、更高效的量子與微波系統。
美國弗吉尼亞理工大學與橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的研究人員合作，構建出一種芯片級器件，能以模擬真實原子行為的方式捕獲并操控聲波。聲波可用于信號處理與路由，為緊湊高效的新技術鋪平道路。
電子世界一直在縮小，未來幾年還將持續縮小。隨著芯片越來越小，計算也從經典物理領域進入量子物理領域。經典物理的假設在此領域不再適用，要控制這些系統，科學家和工程師首先需要理解它們的工作原理。
從長遠來看，這些芯片將無處不在——從醫療設備到電信系統，從汽車到人工智能系統。由于熱量、振動或電磁噪聲等因素會影響量子態，科學家需要一種不同的方案來控制量子尺度的系統。
為何要構建聲學原子？
弗吉尼亞理工大學電氣與計算機工程系、物理系以及量子信息科學與工程中心的研究人員，與橡樹嶺國家實驗室的科學家攜手，尋求控制量子尺度系統的方法。
鑒于聲波（聲音）能夠以可持續的方式處理和路由信號，研究人員決定進一步探索這一方向。他們構建了一種聲學原子，即一種能捕獲并操控聲波的芯片級器件。
“自然界中，原子具有分立的能級，電子可以在這些能級之間躍遷，”弗吉尼亞理工大學電氣與計算機工程系助理教授邵林博（Linbo Shao）在一份新聞稿中表示。
“我們的聲學原子是一種對聲波具有分立能級的器件。通過電場，我們可以驅動這些聲學能級之間的躍遷，模擬真實原子。”
構筑未來之路
聲學原子就像對原子尺度系統的一種仿真，使研究人員能夠操控這些系統的行為。這有助于他們理解信號處理在量子系統中的運作方式，以及如何為未來應用加以控制。
據研究人員介紹，該器件將有助于開發高靈敏度傳感技術、量子硬件接口以及模擬計算系統。此外，它還將助力構建更小的微波通信組件，并改善信號路由與濾波。
與電磁波不同，聲波可以在極其微小的占用空間內使用，同時能將能量或信息保留更長時間。
“目前，我們使用經典的相干微波源來驅動聲波。要達到單聲子水平還有很長的路要走，但我們樂觀地認為這一切很快就能實現，”邵林博在新聞稿中補充道。
“最終，我們希望這一平臺能提供一種全新的、高度緊湊的方式，直接在芯片上處理信號并執行模擬聲學計算。”
該研究成果于今天發表在《物理評論快報》雜志上。
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