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中科大：實(shí)現(xiàn)相干聲子動力學(xué)，并且證明了聲子之間的信息傳遞！

2020-05-30 15:17 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

中國科學(xué)院中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭國平教授、宋驤驤教授、鄧光偉（現(xiàn)就職于電子科技大學(xué)）與加州大學(xué)默塞德分校田琳教授和Origin量子有限公司合作，在納米機(jī)械諧振器方面取得了重要進(jìn)展。

他們在空間分離的機(jī)械諧振器中實(shí)現(xiàn)了相干聲子操縱，其研究成果發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展，聲表面波諧振器和納米機(jī)械諧振器等器件：

被發(fā)現(xiàn)適合于少數(shù)聲子甚至單個(gè)聲子的產(chǎn)生、存儲和操縱，可以進(jìn)一步應(yīng)用于經(jīng)典和量子信息處理中。各種應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)需要不同聲子模式之間的相干操作。以前已經(jīng)報(bào)道過相鄰聲子模式之間的相干操作，而空間分離聲子模式之間可控的相干信息傳輸在技術(shù)上仍然具有挑戰(zhàn)性。圍繞這一目標(biāo)，研究人員在之前成果的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種新裝置。利用石墨烯特殊的電子和力學(xué)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了中心聲子模介導(dǎo)的非相鄰聲子模之間的可調(diào)諧強(qiáng)耦合。

（上圖所示）通過正方形晶格傳播的聲子（原子位移被大大放大）。圖片：Wikipedia

通過改進(jìn)樣品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和測試技術(shù)，耦合強(qiáng)度和品質(zhì)因數(shù)分別比以前的工作提高了一個(gè)數(shù)量級和兩個(gè)數(shù)量級。合作系數(shù)達(dá)到107，比其他作品高出幾個(gè)數(shù)量級。由于具有高可調(diào)諧性、大耦合強(qiáng)度和良好的相干性，研究人員展示了該系統(tǒng)中：非相鄰聲子模之間的電調(diào)諧拉比振蕩和拉姆齊干涉。本研究首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了非相鄰聲子模間的可調(diào)諧相干聲子動力學(xué)。

（上圖所示）具有三個(gè)基于石墨烯納米機(jī)械諧振器鏈的設(shè)備架構(gòu)示意圖和掃描電子顯微鏡圖像。圖片：University of Science and Technology of China

展示了利用納米機(jī)械諧振器中的聲子模式進(jìn)行信息存儲和處理的新可能性，以及基于納米聲子學(xué)的混合器件。研究人員表示：這些結(jié)果顯然超出了迄今為止在經(jīng)典體制中對諧振器相干操縱所取得的成就。利用冷卻技術(shù)的優(yōu)勢，本研究也為聲子在量子區(qū)的相干操縱和基于聲子的新型量子器件發(fā)展提供了啟示。納米技術(shù)的快速發(fā)展，使得使用長壽命振動聲子模進(jìn)行經(jīng)典和量子信息處理成為可能。

（上圖所示）（a）樣品電子顯微鏡側(cè)視圖，懸浮部分為石墨烯條帶。（b）非近鄰納米級諧振子間的Rabi振蕩圖樣。（c）非近鄰納米級諧振子間的Ramsey干涉。圖片：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

盡管在過去的十年中不斷努力，但可調(diào)諧聲子介導(dǎo)的信息，在遠(yuǎn)距離聲子模式之間的傳遞和處理在技術(shù)上仍然具有挑戰(zhàn)性。利用石墨烯優(yōu)異的電學(xué)和力學(xué)性質(zhì)，可以在空間分離的石墨烯機(jī)械諧振器之間實(shí)現(xiàn)電調(diào)諧的相干聲子動力學(xué)。門可控的諧振頻率、耦合強(qiáng)度和相干聲子動力學(xué)表明，以振動模式編碼的信息可以在空間分離的諧振器之間存儲、傳輸和操作。本研究成果不僅證明了聲子之間的信息傳遞，而且為基于聲子的可伸縮信息處理提供了基礎(chǔ)。