科学家终于控制住了让人捉摸不透的粒子——声子（phonon）。虽然声子（组成声波震动能量的最基本单元）不是物质，但就像光子可以被看作光的粒子一样，声子也可以被看作是一种粒子。
量子计算机的原型机就曾试图用光子存储信息。因为光子具有量子效应，可以让量子计算机拥有传统计算机难以企及的计算力。如果用声子替代光子，则会表现出更多优势，但这需要在很小的时空尺度上操作声子。
此前，科学家一直没有掌握这种操作能力，因为探测声子就会彻底破坏声子。早期探测声子的方法包括将声子转换成电信号，储存在一种叫做超导量子比特的量子电路里面。这些电路只能接收特定能量等级的声子：如果一个声子的能量与电路匹配，电路就会吸收这个声子产生的信号——在破坏它的同时产生一个能量读数。
JILA是由美国标准技术研究所和科罗拉多大学博尔德分校合作的项目，这个项目的科学家调整了超导量子比特的能量等级，使声子在被探测到的时候不会被破坏。他们还引进了一种特殊材料，使声子带来的震动能够产生电场，增强电路里面的电流。借此，实验人员可以探测每个声子分别引起了多少电流变化。
“最近有很多用超导量子比特操控光量子态的成功案例。我们非常好奇，有什么事情是不能用光但能用声波办到的？”卢卡斯·斯莱滕（Lucas Sletten）说。斯莱滕以第一作者的身份在《物理评论X》（Physical Review X）发表了一篇相关的论文。我们知道，两者区别之一是速度，声音传播的速度比光速慢得多。斯莱滕和同事恰好利用了这个性质来匹配电路和声子的相互作用，从而增强电流。他们在两个可以反射声音的“镜子”之间禁锢了有特定波长的声子（声子模态）。由于声音在两个镜子折返一次需要较长的时间，研究者就能准确地匹配“声”和“电”。在实验中，两面镜子之间的距离相当于一根头发丝的直径，如果使用光子，想要达到同样的精确度就得让两面镜子相隔12米。
“缓慢”的声速还允许实验人员研究拥有多个模态的声子。斯莱滕说，要提高量子计算机的计算能力，往往需要更多超导量子比特。但是，用一个多模态的量子比特也能达到相同的效果。
“这绝对是一座里程碑，”苏黎世联邦理工学院的物理学家储漪雯（Yiwen Chu，并未参与这项研究）说，“在早期时，科学家用光做了很多类似的实验，这是今天很多量子计算研究的基础。”不过，这项有关声子的研究还与实际应用相差很远。科学家们需要解决的难题之一是如何延长声子的寿命（目前声子只能存活600纳秒）。尽管如此，这项研究还是很有前景，很有可能会开辟量子计算的新方向。
撰文：利拉·斯洛曼（Leila Sloman）
翻译：张程
文章来源：环球科学
本文来自：环球科学
特别声明：本文转载仅仅是出于科普传播信息的需要，并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性；如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用，须保留本网站注明的“来源”，并自负版权等法律责任；作者如果不希望被转载或其它相关事宜，请与我们接洽。
[责任编辑：环球科学]
京公网安备11010502039775号
