研究人员发明了一种让不同类型的量子技术使用声波相互“交谈”的方法。他们正在关注量子系统，该系统中最小粒子的奇特行为是新一代原子尺度的电子计算和通信的关键。

但若要在不同类型的技术之间传输信息比如量子存储器和量子处理器，则是一个持久战。这项新研究则是让量子技术离现实更加接近的重要一步。

研究作者、来自阿贡国家实验室的资深科学家、芝加哥大学的分子工程研究所教授David Awschalom表示：“我们忍不住发问：我们能操纵物质的量子态并将其与声波联系起来吗？”

声波的X射线图像。图：Kevin Satzinger and Samuel Whiteley

声波和“自旋”

运行量子计算操作的其中一种方法是利用电子的“自旋”性质，就像现在的计算机编程语言中二进制的0和1，但若要在别处获取这些信息就需要一名“翻译”，科学家认为们声波可以。

该研究的第一作者、研究生samuel表示，他们的目标是将声波与物质中的电子自旋耦合起来。

纳米科学家Martin用硬X射线纳米探针拍摄声波的X射线图像。图：Argonne National Laboratory阿贡国家实验室

因此，研究人员造了一个带有弯曲电极的系统来集中声波，就像用放大镜聚焦光点一样。

结果喜人，但他们需要更多数据。

为了进一步了解实验的现象，研究小组与阿贡纳米材料中心的科学家合作，对该系统进行实时的监测。

他们使用了大型同步加速器（先进光子源）非常明亮、强大的X射线作为显微镜，当声波以每秒近7000公里（每秒约4350英里）的速度穿过材料时，他们就能观察到材料内部的原子。

亚原子研究

“这个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，”Awschalom说道：“该实验室是世界上仅有的几个可以使用仪器直接观察声波通过晶格时原子的移动的场所之一。”

研究人员表示，在众多令人惊讶的结果之中，其中一点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编组，结果显示这些相互作用以指数形式增长。

Whiteley表示，通常来讲很难发送超过几个微米的量子信息，而这种技术可以扩展对整个芯片或晶片的控制。

共同第一作者、博士后研究员Gary Wolfowicz说道：“这项研究的结果为我们提供了控制量子系统的新方法，并扩宽了量子传感等研究和技术的应用场所。”

研究人员用一种声学芯片来产生和控制声波 图：Kevin Satzinger