Popular science work
日前，美國(guó)芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院（PME）安德魯·克萊蘭教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)使用了一種名為聲學(xué)分束器的設(shè)備來(lái)“分裂”聲子，從而展示了它們的量子性質(zhì)。他們證明了分束器可用來(lái)誘導(dǎo)一個(gè)聲子的特殊量子疊加態(tài)，并進(jìn)一步在兩個(gè)聲子之間產(chǎn)生干涉。這一成果發(fā)表在最新一期《科學(xué)》雜志上，邁出了創(chuàng)造新型量子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵第一步。
當(dāng)人們聽(tīng)到連續(xù)不斷的音樂(lè)，實(shí)際上是被稱為聲子的微小量子粒子包在傳輸。量子力學(xué)定律認(rèn)為，量子粒子不能分裂，但PME研究人員正在探索分裂聲子會(huì)發(fā)生什么。
在這一實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用的聲子的音高大約是人耳所能聽(tīng)到的音高的100萬(wàn)倍。為了展示這些聲子的量子能力，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種分束器，可將一束聲音一分為二，發(fā)射一半，并將另一半反射回其源頭。
量子物理學(xué)認(rèn)為，單個(gè)聲子是不可分割的。因此，當(dāng)團(tuán)隊(duì)向分束器發(fā)送單個(gè)聲子時(shí)，它非但沒(méi)有分裂，反而進(jìn)入了量子疊加，即聲子同時(shí)被反射和傳輸?shù)臓顟B(tài)。觀察（測(cè)量）聲子會(huì)導(dǎo)致該量子態(tài)坍縮為兩種輸出之一。
該團(tuán)隊(duì)找到了一種方法，通過(guò)在兩個(gè)量子比特中捕獲聲子來(lái)維持這種疊加態(tài)。實(shí)際上只有一個(gè)量子比特捕獲了聲子，但研究人員在測(cè)量后才能分辨出是哪個(gè)量子比特：換句話說(shuō)，量子疊加從聲子轉(zhuǎn)移到兩個(gè)量子比特。
研究人員測(cè)量了這種兩個(gè)量子比特的疊加，獲得了分束器能創(chuàng)造量子糾纏態(tài)的黃金標(biāo)準(zhǔn)的證據(jù)。
在另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，該團(tuán)隊(duì)利用聲子展示了被稱為洪-歐-曼德?tīng)栃?yīng)的基本量子效應(yīng)，雖然量子比特一次只能捕獲一個(gè)聲子，但放置在相反方向的量子比特永遠(yuǎn)“聽(tīng)不到”聲子，這證明了兩個(gè)聲子是朝同一個(gè)方向移動(dòng)的。這種現(xiàn)象稱為雙聲子干涉。
雙聲子干涉實(shí)驗(yàn)的成功是證明聲子等同于光子的最后一步，這表示他們擁有了建造線性機(jī)械量子計(jì)算機(jī)所需的技術(shù)，意味著聲子將可能成為混合量子計(jì)算機(jī)的一部分。
來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)
