新型「聲子」量子電腦 光子與聲子不再傻傻分不清楚

編譯/高晟鈞

這意味著聲子可以進一步成為混合量子電腦的一部分,並結合兩者的優點。 (示意圖/123RF)

大家都知道光子代表光,無論是可見光或是電磁波,光子就是電磁波的量子描述。那麼什麼是「聲子」呢?聲子與聲音有什麼關係?聲子可以像光子那樣在空氣中傳播嗎?

聲子(Phonon)是基本振動運動中,對量子力學的描述,它指的是在固體或某些液體中,原子或分子的晶格集體激發,而非單一頻率的均勻振動。如果你將聲子理解為一個上下振動的小桌球,就犯了錯,因為技術上來說,聲子是一種准粒子,並不是真實存在的。簡單來說,聲子是物理學家們為了研究和計算的方便而設計出來的「粒子」,聲子是晶格振動運動的量子態,而非真正的粒子。

根據量子力學,量子的基本單位(光子、聲子)是不可分割、分裂的。然而,近期,有科學家使用了一種特殊的聲學分束器,成功證明聲子具有量子糾纏的特性,為創建新型量子計算機奠定了基礎。

為了證明聲子的量子能力,研究團隊將聲子發送到分束器,並發現聲子進入了量子疊加狀態,即聲子同時被反射與傳輸。換句話說,量子疊加使聲子轉移成了兩個量子比特。研究人員測量了這兩個量子比特的疊加,證實了「分束器正在產生量子糾纏態的黃金標准證據」。

另一方面,根據Hong-Ou-Mandel效應,當兩個相同光子同時從反方向發送到分束器時,疊加的輸出會發生干涉,使得兩個光子永遠在同一個方向上運動。研究團隊在實驗中證實了,聲子具有相同的特性,並將其命名為「雙聲子干涉」。

與光子相比,讓聲子進入這些量子糾纏態是一個更大的飛躍。雙聲子乾涉實驗的成功是證明聲子同樣與光子具有量子特性的最終拼圖。研究人員也利用聲子,開發出了新的量子電腦──線性機械量子電腦。

與基於光子的線性光量子電腦不同,研究團隊直接將聲子與量子比特集成在一起。這意味著聲子可以進一步成為混合量子電腦的一部分,並結合兩者的優點。 

資料來源:Phys.org

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