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日前，美國芝加哥大學普利茲克分子工程學院（PME）安德魯·克萊蘭教授領導的團隊使用了一種名為聲學分束器的設備來“分裂”聲子，從而展示了它們的量子性質。他們證明了分束器可用來誘導一個聲子的特殊量子疊加態，并進一步在兩個聲子之間產生干涉。這一成果發表在最新一期《科學》雜志上，邁出了創造新型量子計算機的關鍵第一步。
當人們聽到連續不斷的音樂，實際上是被稱為聲子的微小量子粒子包在傳輸。量子力學定律認為，量子粒子不能分裂，但PME研究人員正在探索分裂聲子會發生什么。
在這一實驗中，研究人員使用的聲子的音高大約是人耳所能聽到的音高的100萬倍。為了展示這些聲子的量子能力，該團隊創造了一種分束器，可將一束聲音一分為二，發射一半，并將另一半反射回其源頭。
量子物理學認為，單個聲子是不可分割的。因此，當團隊向分束器發送單個聲子時，它非但沒有分裂，反而進入了量子疊加，即聲子同時被反射和傳輸的狀態。觀察（測量）聲子會導致該量子態坍縮為兩種輸出之一。
該團隊找到了一種方法，通過在兩個量子比特中捕獲聲子來維持這種疊加態。實際上只有一個量子比特捕獲了聲子，但研究人員在測量后才能分辨出是哪個量子比特：換句話說，量子疊加從聲子轉移到兩個量子比特。
研究人員測量了這種兩個量子比特的疊加，獲得了分束器能創造量子糾纏態的黃金標準的證據。
在另一項實驗中，該團隊利用聲子展示了被稱為洪-歐-曼德爾效應的基本量子效應，雖然量子比特一次只能捕獲一個聲子，但放置在相反方向的量子比特永遠“聽不到”聲子，這證明了兩個聲子是朝同一個方向移動的。這種現象稱為雙聲子干涉。
雙聲子干涉實驗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械量子計算機所需的技術，意味著聲子將可能成為混合量子計算機的一部分。
來源：科技日報
