研究人员已经获得了对难以捉摸的声音“粒子”——声子的控制权。尽管声子——构成声波的振动能量的最小单位——不是物质，但它们可以被视为粒子，就像光子是光粒子一样。光子通常在原型量子计算机中存储信息，这些计算机旨在利用量子效应来实现前所未有的处理能力。使用声音代替光子可能具有优势，但这需要在非常精细的尺度上操纵声子。
直到最近，科学家们还缺乏这种能力；仅仅探测到单个声子就会将其摧毁。早期的技术包括在称为超导量子比特的量子电路中将声子转换为电。这些电路接受特定量的能量；如果声子的能量匹配，电路可以吸收它——摧毁声子，但给出其存在的能量读数。
在一项新的研究中，JILA（美国国家标准与技术研究院和科罗拉多大学博尔德分校的合作机构）的科学家们调整了其超导量子比特的能量单位，使声子不会被摧毁。相反，由于一种特殊材料可以响应振动而产生电场，声子加速了电路中的电流。实验人员随后可以检测到每个声子引起的电流变化量。
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“最近在使用超导量子比特控制光量子态方面取得了许多令人印象深刻的成功。我们很好奇——用声音能做到哪些用光做不到的事情？”科罗拉多大学博尔德分校的 Lucas Sletten 说，他是 6 月份发表在《物理评论 X》杂志上的这项研究的主要作者。一个区别是速度：声音传播速度比光慢得多。Sletten 和他的同事利用这一点协调了加速电流的电路-声子相互作用。他们将特定波长（称为模式）的声子捕获在两个反射声音的声学“镜子”之间，声音往返所需的相对较长时间允许精确的协调。镜子之间的距离只有头发丝那么宽——对光的类似控制将需要间隔约 12 米的镜子。
声音的“慢速”也让实验人员能够识别多种模式的声子。Sletten 说，通常情况下，量子计算机通过增加超导量子比特来提高容量。但是，仅用一个量子比特处理具有多种模式的信息就可以达到相同的效果。
“这绝对是一个里程碑，”苏黎世联邦理工学院的物理学家 Yiwen Chu 说，她没有参与这项研究。她指出，与光进行的类似实验是当今量子计算机领域许多工作的第一步。
然而，声音的类似应用还很遥远：其中，科学家们必须找到一种方法，使声子存活的时间比目前的时间长得多——大约 600 纳秒。不过，最终，这项研究可能会为量子计算开辟新的前进道路。