聲子也有量子特性！或可為量子計算機帶來新突破

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近日，美國芝加哥大學普利茲克分子工程學院（PME）教授Andrew Cleland團隊使用聲學分束器來“分裂”聲子，展示了它們所具有的量子特性。研究表明，聲學分束器既可以誘導一個聲子的量子疊加態，也可以使兩個聲子呈現干涉現象。這項研究邁出了創建聲量子計算機的第一步，于近日在線發表于《科學》雜志。

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實驗裝置：中心透明的“棱鏡”是聲子分束器，表面聲波從分束器兩側入射，紅色和藍色的聲子發生“雙聲子干涉”，分束器輸出兩兩一組的聲子，這是聲量子計算和核心實驗之一。圖源自Peter Allen

當人們聽到連續不斷的音樂，實際上是被稱為聲子的微小量子粒子包在傳輸。量子力學定律認為，量子粒子不能分裂，但PME研究人員正在探索分裂聲子會發生什么。

在這一實驗中，研究人員使用的聲子音高大約是人耳所能聽到音高的100萬倍。為了展示聲子的量子特性，團隊創建了一種聲學分束器。當研究人員向分束器發送單個聲子時，它并沒有分裂，而是進入了量子疊加狀態，即同時被反射和傳輸的狀態，觀察（測量）聲子會導致該量子態坍縮為兩種輸出之一。在此基礎上，團隊證實，全新設計的分束器有助于聲子呈現標準的量子糾纏態。

在另一項實驗中，研究人員利用聲子展示了被稱為洪-歐-曼德爾效應的基本量子效應。

“如果從兩個相反的方向，向分束器的2個端口分別發射聲子，我們發現疊加的輸出會發生干涉，兩個聲子總是一起移動，然后從同一端口輸出，即‘雙聲子干涉’現象。”論文第一作者、PME博士生喬宏對《中國科學報》說，這就好比南北方向各走來一個人，碰面后，他們要么一起去南邊、要么一起去北邊，不會出現擦肩而過、各自原路返回的現象。”