瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的科學(xué)家開(kāi)發(fā)出迄今世界上最靈敏的新式聲波探測(cè)器，能檢測(cè)到量子水平的聲波。該研究有望帶來(lái)一種將聲子和電子結(jié)合在一起的量子電路，為量子物理開(kāi)辟新的研究方向。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的《自然·物理學(xué)》上。
這種“量子麥克”探測(cè)器是一種壓電耦合單電子晶體管，這種晶體管中通過(guò)電流時(shí)，一次只過(guò)一個(gè)電子。研究小組模擬了卵石投入池塘形成的漣漪，并讓這種聲波在微晶片的表面而不是在空氣中傳播。這種聲波 波長(zhǎng)僅3微米，但聲波傳過(guò)來(lái)時(shí)，探測(cè)器能迅速感知到。
他們還在芯片表面制作了一種3毫米長(zhǎng)的回音腔，這樣即使聲音在晶體上傳播的速度是其在空氣中的10倍，探測(cè)器也能夠極靈敏地追蹤聲波脈沖在回音腔壁之間來(lái)回反射，由此能清晰檢出聲波的性質(zhì)。
研究人員指出，這種表面聲波探測(cè)對(duì)波峰高度只有質(zhì)子直徑的百分之幾的聲波敏感，探測(cè)靈敏度在單個(gè)聲子水平，頻率為932兆赫茲。如此輕微的聲音遵從量子力學(xué)法則而不是經(jīng)典力學(xué)法則，其性質(zhì)更像是光。
“該實(shí)驗(yàn)是用經(jīng)典聲波來(lái)做的，但我們把各項(xiàng)準(zhǔn)備工作就緒，卻發(fā)現(xiàn)研究的是標(biāo)準(zhǔn)的量子聲波，此前還沒(méi)有人做過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)。”論文第一作者、博士生馬丁·古斯塔夫森說(shuō)。
“量子麥克”探測(cè)器能檢測(cè)的聲波不僅極其輕微，其頻率幾乎達(dá)到了1千兆赫，比一組A音高21個(gè)八度。這種音調(diào)對(duì)人類聽(tīng)覺(jué)而言是太高了。研究人員 還指出，他們的項(xiàng)目將表面聲波的獨(dú)特性和量子電路緊密結(jié)合在一起，為研究開(kāi)辟了新方向，如聲子—聲子的相互作用、聲波結(jié)合超導(dǎo)量子比特研究等。
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