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“分裂”声子显示量子特性

科技日报记者 张佳欣。分裂

芝加哥大学普利兹克分子工程学院(PME)由安德鲁·克莱兰教授领导的声显示量团队使用一种叫做声学分束器的设备来“分裂”声音,从而显示其量子性质。特性它们证明了分束器可以用来诱导一个声子的分裂特殊量子叠加态,并进一步干扰两个声子之间。声显示量在最新一期的特性《科学》杂志上发表了这一成果,迈出了创造新量子计算机的分裂关键第一步。


实验概念图。声显示量中央透明装置是特性声子分束器,蓝球和红球代表单个声子。分裂输出声处于双声状态,声显示量来自相反方向的特性“蓝”声和“红”声组合在一起。
图片来源:彼得·艾伦/物理学家组织网。分裂

当人们听到连续的声显示量音乐时,它实际上被称为声子的特性小量子粒子包裹在传输中。量子力学定律认为量子粒子不能分裂,但PME研究人员正在探索分裂声子会发生什么。

在这个实验中,研究人员使用的声音高度约为人耳能听到的100万倍。为了展示这些声子的量子能力,该团队创建了一个分束器,可以将一束声音分成两部分,发射一半,并将另一半反射回其来源。

量子物理学认为单个声子是不可分割的。因此,当团队向分束器发送单个声音时,它不仅没有分裂,而且进入量子叠加状态,即声音同时反射和传输。观察(测量)声子会导致量子态坍缩成两种输出之一。

通过在两个量子比特中捕获声音来维持这种叠加态,该团队找到了一种方法。事实上,只有一个量子比特捕获了声子,但研究人员可以在测量后区分哪个量子比特:换句话说,量子叠加从声子转移到两个量子比特。

研究人员测量了这两个量子比特的叠加,并获得了分束器可以创建量子纠缠状态的黄金标准的证据。

在另一个实验中,该团队使用声音来显示被称为洪-欧-曼德尔效应的基本量子效应。虽然量子比特一次只能捕获一个声音,但放置在相反方向的量子比特永远听不到,这证明了两个声音朝同一方向移动。这种现象被称为双声子干扰。

双声干扰实验的成功是证明声子相当于光子的最后一步,这意味着他们拥有建造线性机械量子计算机所需的技术,这意味着声子可能成为混合量子计算机的一部分。

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