本文來自微信公眾號：SF 中文 （ID：kexuejiaodian），作者：SF

聲子是構成聲音的最小量子單元，它們與光子等粒子一樣，也遵循量子力學的規則。研究人員認為，基于聲子的量子計算機芯片可以設計得如普通芯片一樣大小，這為量子計算機的未來發展打開了新的大門。

文 |陳強

當你打開一盞燈照亮房間時，你體驗到的是由無數個光子構成的光束。光子是構成光的粒子，它們是微小的、離散的能量量子包。光子遵循著量子力學中的那些古怪的定律。例如，這些定律規定光子是不可分割的，但允許光子同時出現在多個地方。

與構成光線的光子類似，構成聲音的不可分割的粒子被稱為“聲子”。聲子本質上是數以萬億計的原子的集體運動，就像運動場上由成千上萬個觀眾進行的“人浪”活動。當聽一首歌時，你聽到的其實是由聲子組成的粒子流。

與光子一樣，聲子也遵循相同的量子力學規則。然而，目前針對聲子的相關研究仍處于起步階段。最近，美國芝加哥大學普利茲克分子工程學院的研究人員制造了一個每次可產生單個聲子的設備，該設備相當于一個芯片大小，由一種完美的導電材料制成，被放置在超低溫環境中。有了這種設備，研究人員就可以來探索聲子的量子特性。

用分束器“分割”聲子

就像可反射光束的鏡子一樣，這些研究人員使用可反射聲束的“聲鏡”，來探索聲子的量子特性。在最近的一次實驗中，他們使用了一種“半透”聲鏡，被稱為“分束器”。這種聲鏡會把一半的聲音反射出去，讓另一半的聲音透射過去。研究人員決定測試當一個聲子對準分束器時會發生什么。

因為聲子是不可分割的。在與分束器相互作用后，聲子最終會進入所謂的“疊加態”。此時，聲子同時處于兩種狀態下：它被分束器反射的同時，也從分束器透射了過去。如果你想使用檢測器來干預并檢測聲子，那么聲子的疊加態就會發生“坍縮”，其狀態會變為其中的一種：有一半的概率你會檢測到它被分束器反射，有一半的概率你會檢測到它從分束器透射過去。檢測導致了疊加態的坍縮，如果沒有檢測過程，聲子將保持同時處于反射和透射的疊加態。

光子也有這種疊加態，科學家早在幾十年前就檢測到了這個現象。現在，上面的實驗表明，聲子也具有相同的量子特性。

讓聲子糾纏在一起

在證明聲子可以像光子一樣進入疊加態之后，研究人員提出了一個更復雜的問題。他們想知道如果將兩個相同的聲子在兩個不同的方向上發送到分束器中會發生什么。

實驗證明，每個聲子都會進入疊加態。但如果精確地調整兩個聲子的發射時間，讓它們彼此發生干擾，那么發送到分束器的結果是，兩個聲子各自的疊加態會融合在一起，形成一個單一的疊加態：兩個聲子一起被反射的同時，也一起透射過去。

事實上，這兩個聲子是處于量子糾纏的狀態，彼此可以在瞬間相互影響。這意味著，檢測一個聲子是被反射還是透射過去，會立馬迫使另一個聲子進入相同的狀態中。

所以，如果你進行檢測，你總會檢測到兩個聲子，它們要么都被反射，要么都透射過去，永遠不會出現有一個被反射，另一個透射過去。兩個相同光子發送到分束器時，也會產生相同的效應，這被稱為“洪-歐-曼德爾效應”（Hong-Ou-Mandel effect），它是以 1987 年首次預測和觀察到這種效應的三位物理學家的姓氏命名的。現在，研究人員也已經用聲子證明了這種效果。

新型量子計算機的出現

這些結果表明，聲子與光子一樣，都具有相同的量子特性，可進入量子糾纏狀態中。研究人員認為，我們可以利用聲子來構建一種新型量子計算機。現在，人們一直在利用光子努力構建量子計算機。這些量子計算機通過使用大量的糾纏光子，來解決許多傳統計算機無法解決的問題，例如大數的質因數分解或模擬量子系統。

研究人員認為，與當前傳統的量子計算機相比，基于聲子的量子計算機可以設計得非常緊湊。如果聲子技術能夠得到進一步的擴展和改進，那么基于聲子的量子計算機芯片可以設計得如普通芯片一樣大小，使得它們更具有實用價值。

由于許多量子物體也能與聲子發生相互作用，基于聲子的量子計算機也可以與傳統的量子計算機結合在一起。研究人員推測，結合后的量子計算機也許會有著更為獨特的計算能力。

參考文獻：

• https://doi.org/10.1126/science.adg8715

廣告聲明：文內含有的對外跳轉鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節省甄選時間，結果僅供參考，所有文章均包含本聲明。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的声子的量子特性被证实，基于声子的量子计算机或许可达笔记本电脑大小的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。