研究人员使用一种声学芯片来生成和控制声谱图:凯文·萨钦格
研究人员发明了一种不同类型的量子技术利用声波相互“交谈”的方法。他们正在关注量子系统，其中最小粒子的特殊行为是新一代原子级电子计算和通信的关键。
但是在不同类型的技术之间传递信息，如量子存储器和量子处理器，是一场旷日持久的战争。这项新研究是让量子技术更接近现实的重要一步。
研究作者、阿尔贡国家实验室高级科学家、芝加哥大学分子工程学院教授大卫·奥沙洛姆说:“我们不禁要问:我们能操纵物质的量子态并把它们与声波联系起来吗？”
声波的x光图像。照片:凯文·萨钦格和塞缪尔·惠特利
声波和“自旋”
运行量子计算操作的一种方法是利用电子的“自旋”特性，就像今天计算机编程语言中的二进制零和一。但是如果你想从别处得到这些信息，你需要一个“翻译”。科学家认为声波可以。
该研究的主要作者和研究生塞缪尔说，他们的目标是将声波与物质中的电子自旋结合起来。
纳米科学家马丁使用硬X射线纳米探针拍摄声波的X射线图像。照片:阿尔贡国家实验室
结果，研究人员建立了一个带有弯曲电极的系统来聚焦声波，就像用放大镜聚焦光点一样。
结果令人鼓舞，但他们需要更多的数据。
为了进一步了解实验现象，研究小组与阿尔贡纳米材料中心的科学家合作，对系统进行实时监控。
他们使用大型同步加速器(先进的光子源)和非常明亮和强大的x光作为显微镜。当声波以接近每秒7000公里(约每秒4350英里)的速度穿过材料时，它们可以观察到材料内部的原子。
亚原子研究
“这种方法使我们能够在微观尺度上观察量子材料中的原子动力学和结构，”奥沙洛姆说。“实验室是世界上唯一一个我们可以使用仪器直接观察声波穿过晶格时原子运动的地方。”
研究人员说，许多令人惊讶的结果之一是声波的量子效应比他们最初想象的要复杂得多。为了在亚原子水平上建立一个全面的理论，他们向资深科学家朱利亚·加利(Giulia Galli)寻求帮助，对系统进行建模，包括对系统中每个粒子的相互作用进行分组。结果表明，这些相互作用呈指数增长。
惠特利说，通常很难发送超过几微米的量子信息，这项技术可以扩展对整个芯片或晶片的控制。
合著者、博士后研究员加里·沃尔福威茨说:“这项研究的结果为我们提供了控制量子系统的新方法，拓宽了研究和技术的应用领域，如量子传感。”
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