声子也有量子特性！或可为量子计算机带来新突破

近日，美国芝加哥大学普利兹克分子工程学院（PME）教授Andrew Cleland团队使用声学分束器来“分裂”声子，展示了它们所具有的量子特性。研究表明，声学分束器既可以诱导一个声子的量子叠加态，也可以使两个声子呈现干涉现象。这项研究迈出了创建声量子计算机的第一步，于近日在线发表于《科学》杂志。

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实验装置：中心透明的“棱镜”是声子分束器，表面声波从分束器两侧入射，红色和蓝色的声子发生“双声子干涉”，分束器输出两两一组的声子，这是声量子计算和核心实验之一。图源自Peter Allen

当人们听到连续不断的音乐，实际上是被称为声子的微小量子粒子包在传输。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。

在这一实验中，研究人员使用的声子音高大约是人耳所能听到音高的100万倍。为了展示声子的量子特性，团队创建了一种声学分束器。当研究人员向分束器发送单个声子时，它并没有分裂，而是进入了量子叠加状态，即同时被反射和传输的状态，观察（测量）声子会导致该量子态坍缩为两种输出之一。在此基础上，团队证实，全新设计的分束器有助于声子呈现标准的量子纠缠态。

在另一项实验中，研究人员利用声子展示了被称为洪-欧-曼德尔效应的基本量子效应。

“如果从两个相反的方向，向分束器的2个端口分别发射声子，我们发现叠加的输出会发生干涉，两个声子总是一起移动，然后从同一端口输出，即‘双声子干涉’现象。”论文第一作者、PME博士生乔宏对《中国科学报》说，这就好比南北方向各走来一个人，碰面后，他们要么一起去南边、要么一起去北边，不会出现擦肩而过、各自原路返回的现象。”

“双声子干涉实验的成功是表明声子等同于光子的最后一步，结果证实，我们拥有构建线性机械量子计算机所需的技术。”Andrew Cleland说。这意味着，未来声子将可能成为混合量子计算机的一部分。