芯片级声学原子器件能精准操控声波

据最新一期《物理评论快报》报道，美国弗吉尼亚理工大学研究团队开发出一种名为声学原子的芯片级器件，可像真实原子控制电子一样精确操控声波。这项研究展示了利用声波构建人工量子系统的潜力，未来或将为量子计算、量子通信、医学成像、人工智能硬件以及全球定位系统等领域带来新的技术突破。

量子系统不仅存在扩展性不足、信号间非预期的相互作用以及量子信息寿命有限等问题，还容易受到振动、热量、材料缺陷和电磁噪声等因素干扰。为寻找新的解决方案，人们将目光投向了声波。与电磁波相比，声波更容易被限制在极小空间内，同时能够更长时间地保存能量和信息，因此在量子技术和微波技术领域具有独特优势。

此次开发的声学原子器件本质上是一种能够捕获并控制声波的微型器件。在自然界中，原子具有不同能级，电子能够在这些能级之间跃迁。而声学原子同样拥有离散的声学能级，人们可利用电场驱动声波在不同能级之间转换，从而模拟真实原子的行为。

团队在芯片上构建了一个由声波组成的“人工原子”。借助这一器件，他们不仅能够研究原子系统中的一些关键现象，还能够探索利用声波处理和传输信息的新方法。由于声波传播速度远低于电磁波，因此更容易被精确控制和操纵，这使其成为构建新型信息处理系统的潜在选择。

根据团队设想，这种声学原子器件未来可应用于更小型化的微波通信器件，实现更加高效的信号路由和滤波，同时也可用于模拟计算系统，通过声波直接处理信息，减少对复杂数字运算的依赖。此外，它还有望成为量子硬件与外部设备之间的重要接口，并用于开发高灵敏度传感器，提高对微弱信号和环境变化的探测能力。