物理学家利用量子力学分割声音

这一量子奇异现象不仅适用于光和原子粒子，也适用于声音。

据6月9日的《科学》杂志报道，这一突破与通常用光或电子、原子等微小粒子展示的量子奇异现象相似。这一成就可能有朝一日会导致基于声音的量子计算机或极其敏感的测量设备的出现。目前它表明了令人费解的量子奇异现象不仅适用于光，也适用于声音。

芝加哥大学的工程物理学家Andrew Cleland说：“之前没有人真正探索过这个领域。”这样做可以让研究人员“在声波和光之间建立类比关系”。

声子与光的最小单位光子有很多共同之处。调低声音就等于减少声子的数量，就像调暗灯光会减少光子的数量一样。所有声音中最安静的声音都由单个且不可分割的声子组成。

与可以穿过空气或水等介质的光子不同，声子需要介质，例如空气、水或弹性材料表面。Cleland表示：“我认为真正让人惊讶的是，这些声波所携带的能量非常非常微小，因为它只是一个量子。但它涉及到一千万亿个原子的运动，它们都在一起工作来传递这个声波。”

声子无法被永久性地分割成更小的单元。但正如新实验所示，它们可以通过量子力学临时地分割成部分。

Cleland及其团队通过声学光栅分束器实现了这一壮举，这是一种允许约一半的冲击声子通过，而其余的被反射回来的装置。但当只有一个声子遇到分束器时，该声子进入一种特殊的量子状态，它同时向两边前进。同时被反射和传输的声子相互作用，即干涉过程，改变了它最终出现的位置。

实验室演示的效果依赖于比人类听到的声音高出数百万倍的声音，并在接近绝对零度的温度下冷却的设备中进行。团队使用存储量子信息的量子位来创建和听取声音，而不是使用扬声器和麦克风。研究人员从一个量子位向另一个量子位发射一个声子。在此期间，声子遇到了分束器。

调整设置的参数修改了声子的反射和传输部分相互作用的方式。这使得研究人员可以量子力学地改变整个声子最终出现在发射声子的量子位或分束器另一侧的量子位的概率。

第二个实验通过将声子从两个量子位发送到它们之间的分束器，确认了声子的量子力学行为。每个声子本身都可能回到它来自的量子位或分束器另一侧的量子位。

然而，如果声子被计时地同时到达分束器，它们就会一起前往最终目的地。也就是说，它们仍然会不可预测地去到一个量子位或另一个量子位，但当两个声子同时击中分束器时，它们总是最终到达同一个量子位。

如果声子遵循声音的经典、非量子规则，那么两个声子在击中分束器后去向将没有任何相关性。这种效应可以作为量子计算机中基本构件——门的基础。

英国诺丁汉大学的物理学家Andrew Armour表示，基于声音的设备不太可能比使用光子的量子计算机表现更好。但声子可能会引领新的量子应用。

Armour说：“目前可能还不太清楚这些应用是什么。你所做的是扩展[量子]工具箱……人们会在此基础上继续建设，它将继续发展，没有任何停止的迹象。”

本文译自 science news，由 BALI 编辑发布。