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

但若要在不同類型的技術之間傳輸信息比如量子存儲器和量子處理器，則是一個持久戰。這項新研究則是讓量子技術離現實更加接近的重要一步。

研究作者、來自阿貢國家實驗室的資深科學家、芝加哥大學的分子工程研究所教授David Awschalom表示：“我們忍不住發問：我們能操縱物質的量子態并將其與聲波聯系起來嗎？”

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

聲波和“自旋”

運行量子計算操作的其中一種方法是利用電子的“自旋”性質，就像現在的計算機編程語言中二進制的0和1，但若要在別處獲取這些信息就需要一名“翻譯”，科學家認為們聲波可以。

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

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納米科學家Martin用硬X射線納米探針拍攝聲波的X射線圖像。圖：Argonne National Laboratory阿貢國家實驗室

因此，研究人員造了一個帶有彎曲電極的系統來集中聲波，就像用放大鏡聚焦光點一樣。

結果喜人，但他們需要更多數據。

為了進一步了解實驗的現象，研究小組與阿貢納米材料中心的科學家合作，對該系統進行實時的監測。

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

亞原子研究

“這個方法使我們能夠在微觀尺度上觀察量子材料中的原子動力學和結構，”Awschalom說道：“該實驗室是世界上僅有的幾個可以使用儀器直接觀察聲波通過晶格時原子的移動的場所之一。”

研究人員表示，在眾多令人驚訝的結果之中，其中一點是聲波的量子效應比他們最初想象的要復雜得多。

為了在亞原子水平上建立一個全面的理論，他們向資深科學家Giulia Galli尋求幫助對系統進行建模，包括對系統中每個粒子的相互作用進行編組，結果顯示這些相互作用以指數形式增長。

Whiteley表示，通常來講很難發送超過幾個微米的量子信息，而這種技術可以擴展對整個芯片或晶片的控制。

共同***作者、博士后研究員Gary Wolfowicz說道：“這項研究的結果為我們提供了控制量子系統的新方法，并擴寬了量子傳感等研究和技術的應用場所。”

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研究人員用一種聲學芯片來產生和控制聲波 圖：Kevin Satzinger