據 phys 2 月 18 日報道，芝加哥大學和阿貢國家實驗室的研究人員提出了一種新方法，可以通過聲波實現不同類型量子技術間的互相“交談”。該技術于 2 月 11 日在 Nature Physics 上發表，這是將量子技術進行實際應用的重要一步。

圖丨聲波的 X 射線圖像（來源：Kevin Satzinger and Samuel Whiteley）

研究人員正關注于量子系統的研究，量子的特殊性質成為計算和通信領域研究新一代原子級電子學的關鍵。但是，量子系統的研究困難在于不同類型量子技術之間的信息傳遞，例如量子存儲器和量子處理器間的信息傳遞。

阿貢國家實驗室分子工程研究所的教授、著名科學家 David Awschalom 說：“我們通過提出問題來深入研究：我們能否操縱物質的量子態并將其與聲波聯系起來呢？”

量子計算借助于電子的自旋方向來運行。在二進制計算機編程語言中，科學家們可以將自旋方向與 0、1 對應。但在其他領域就無法直接獲取這些信息了，科學家認為通過聲波可以翻譯這些信息。

圖丨 Martin Holt 在阿貢納米材料中心利用高強光 X 射線納米探針拍攝的聲波 X 射線圖像（來源：阿貢國家實驗室）

該論文的第一作者 Samuel Whiteley 說：“我們的目標是將聲波與材料中電子的自旋方向聯系起來。但困難在于如何觀察電子的自旋。”于是他們建立了一個帶有彎曲電極的系統來聚集聲波，這就像使用放大鏡聚焦光點一樣。

實驗的初步結果還不錯，同時，研究人員需要更多的數據。為了實時觀測材料中量子的原子動力學和微觀結構，他們與阿貢納米材料中心的科學家一起，利用巨型同步加速器的高強光 X 射線作為顯微鏡，當聲波以每秒近 7000 公里的速度穿過材料時，觀察材料內部的原子狀態。Awschalom 說：“這是世界上僅有的幾臺設備，可以直接觀察到原子在晶格中的狀態。”

研究人員稱，聲波的量子效應要比之前想象的復雜的多。為了在亞原子水平上建立系統性的理論，他們求助于阿貢實驗室的著名科學家 Giulia Galli 教授。Awschalom 說：“系統建模需要編組每一個粒子間的相互作用。這種相互作用呈指數增長，Galli 教授是這一領域的世界頂級專家，將助力我們有效改進量子系統。”

Whiteley 說：“通常很難將量子信息傳送到幾微米以外（這是單股蜘蛛絲的寬度），但是該技術可以將量子信息傳送到整個芯片或晶片的每個角落。”

圖丨聲學芯片用于發射和控制聲波（來源：Kevin Satzinger）

該研究的另一位共同第一作者、博士后研究員 Gary Wolfowicz 說：“研究結果為我們提供了控制量子系統的新方法，拓寬了量子技術的應用領域（例如量子傳感）。”

這項研究可謂是芝加哥大學量子信息科學與工程專業的又一重要發現。Awschalom 教授目前正在主持另一個項目——在阿貢實驗室和費米實驗室之間建立一個量子信息遠程傳送網絡，以研究量子通信系統無法被破解的機理。