创新型量子计算机使用超声波技术

发布时间：2023-08-18 08:51:48 所属栏目：外闻来源：

导读：当我们打开灯照亮房间时，我们正在体验光能量以光子的形式传输，这些光子是小的、离散的量子能量包。这些光子必须遵守量子力学的有些奇特的法则，例如，光子是不可分割的，但同时，光子可以同时出现在两个地方。

当我们打开灯照亮房间时，我们正在体验光能量以光子的形式传输，这些光子是小的、离散的量子能量包。这些光子必须遵守量子力学的有些奇特的法则，例如，光子是不可分割的，但同时，光子可以同时出现在两个地方。

与构成可见光的光束的光子类似，与其相对不可分割的同一个量子粒子不仅可以称为声子，而且是构成了不可分割的声波。这些粒子源于数千亿个原子的集体运动，就像体育场中的“体育场波”是由数千个观众的运动造成的。当你听一首歌时，你听到的是这些非常小的量子粒子的流。

声子最初是为了解释固体的热容量而提出的，预计声子将遵循与光子相同的量子力学规则。然而，生成和检测单个声子的技术却落后于光子的技术。

为了探索声子的量子性质，我们的团队使用声学镜子，可以引导声波。然而，我们最近在《科学》杂志上发表的最新实验涉及到“不好的”镜子，称为分束器，它们反射大约一半的声音，并让另一半通过。

我们的团队决定探索当我们将一个声子引向一个分束器时会发生什么。由于身子是不可分割的，它不能被分裂。相反，在与分束器交互后，声子最终处于所谓的“叠加态”。在这种反射的状态下，声子有些令人不解的矛盾不可理解的地方既被反射又被不可重复的传输，你并非有同样的可能性在任何状态下检测到相同的声子。

如果你介入并检测声子，一半的时间你会测量到它被反射，一半的时间它被传输；在某种意义上，状态是由探测器随机选择的。在没有检测过程的情况下，声子将保持在被传输和反射的叠加状态。

在证明声子可以像光子一样进入量子叠加态之后，我的团队提出了一个更复杂的问题。我们想知道为什么我们从每个点向分束器发送两个一模一样的声子会出现什么。

实际上，产生的是两个声子一起走和两个声子另一种走的叠加态——这两个声子因此在量子力学上被纠缠在一起。

在量子纠缠中，每个声子都处于反射和传输的叠加态，但两个声子被锁在一起。这意味着检测到一个声子被传输或反射会迫使另一个声子处于相同的状态。

所以，如果你检测，你总是会检测到两个声子，要么一起走，要么另一种走，从来不会有一个声子走每种方式。这种对光的效应，两个光子的叠加和干涉的组合，被称为洪-欧-曼德尔效应，是在1987年由首次预测和观察到它的三位物理学家命名的。现在，我的团队已经用声音证明了这种效应。

正在进行的努力是建立只需要发射、检测和干涉单个光子的光学量子计算机。这些努力与建立电子量子计算机的努力并行，通过使用大量的纠缠粒子，这些计算机对于某些问题（如分解大数或模拟量子系统）承诺实现指数级的加速。

使用量子的量子计算机可以非常紧凑和自包含，完全建立在类似于笔记本电脑处理器的芯片上。如果研究人员能够进一步扩大和改进基于声子的技术，其小尺寸可能使其更容易实施和使用。

我们小组对声子的实验使用了量子比特——这是电子量子计算机的动力技术——这意味着随着声子技术的赶超，有可能将基于声子的计算机与电子量子计算机集成在一起。这样做可能会产生新的、可能是独特的计算能力。

声子是固体中的一种量子激发态，它描述了晶格振动的量子化。声子的概念在固体物理学中非常重要，因为它们是传递热量和声音的主要载体。除了帮助我们了解固体所拥有的属性的重要性外，对声子的研究还有实际的用途及作用，这在各种材料的研发与设计上表现得淋漓尽致，例如用在超导体、半导体以及绝缘体等领域。

（编辑：汽车网）

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