史丹佛科學家首次偵測到聲音的量子躍遷

编辑者: Svitlana Velhush

在史丹佛的實驗室裡,一個微小的機械共振器突然不再平順地振動,而是猛然一跳——正如量子力學所預言的那樣。科學家首次即時捕捉到這一刻:聲音的量子,即聲子,在幾毫秒之內從一個能量態躍遷到另一個能量態。

聲子是振動的離散份額,類似於光的量子——光子。在尋常世界裡,聲音是逐漸衰減的,就像鐘被敲響之後那樣。在量子層面上,能量則以躍遷的方式改變,而如今,由阿米爾·薩法維-納伊尼領導的研究人員得以「當場」捕捉到這樣一次躍遷。

成功的關鍵在於一個微觀共振器,它能「鳴響」長達兩毫秒——對它這樣的尺寸而言,這是一段極長的時間。在這段時間裡,與共振器相連的超導量子位元得以完成數百次測量,並精確判定聲子從「1」態躍遷到「0」態而消失的那一刻。

這項實驗為新的量子技術開闢了道路。在量子電腦中,這類躍遷往往成為誤差的來源;能夠追蹤它們,是邁向糾錯的重要一步。此外,該裝置的靈敏度還將使人們得以製造超高精度的感測器,例如用於偵測細胞內單個蛋白質的感測器。

從長遠來看,對量子聲音的控制也將改善日常的電子產品:智慧型手機、聲學感測器以及其他聲音扮演關鍵角色的裝置。這項研究發表於《Science》期刊,為始於二十世紀初、長達百年的探索畫上了句號。

如今,量子聲學正從理論走向實踐,而這改變了人們對於如何在最根本的層面上操控振動的認識。

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來源

  • Researchers observe first real-time quantum jump in sound

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