物理学家利用量子力学分割了声子

量子力学不仅适用于光和原子粒子，还适用于声音。研究人员在6月9日的《科学》杂志上报告称，物理学家现在已经使用量子效应来分裂声子，即声音的最小单位。

这是一个突破，它反映了通常用于光或像电子和原子这样的微小粒子的量子怪异现象。这一成就可能有一天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，令人费解的量子怪异性不仅适用于光，也适用于声音。

“没有人真正探索过这一点，”芝加哥大学工程物理学家Andrew Cleland表示。这样做“可以将声波和光波进行类比”。

声子与光子有很多共同点。调低声音的音量就像减少声子数量一样，就像调暗灯光会减少光子数量一样。最安静的声音由单个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，声子需要介质才能传播。在这项新研究中，它们需要弹性材料的表面。Cleland说：“我觉得真正令人惊奇的是，这些声波携带非常非常少的能量，因为它是一个单一的量子，但它涉及到千万亿个原子的运动，它们都在共同工作，传播这个声波。”

声子不能永久地分割为更小的部分。但是，正如新实验所示，它们可以通过量子力学暂时分解。

Cleland及其团队使用声波分束器完成了这一壮举，该设备允许大约一半的声子通过，而其余部分被反射回来。但是，当只有一个声子碰到分束器时，该声子进入一个特殊的量子状态，同时向两个方向进发。同时反射和传输的声子相互作用，即干涉过程，从而改变了它最终到达的位置。

实验室展示了这种效应，它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设备。团队使用量子比特来创建和听取声音，而不是扬声器和麦克风。研究人员从一个量子比特中向另一个量子比特发射声子。沿途，声子遇到了一个分束器。

调整设置的参数修改了反射和传输部分与彼此相互作用的方式。这使得研究人员能够量子力学地改变整个声子最终出现在发射声子的量子比特或分束器另一侧的比特的概率。

第二个实验通过将声子从两个量子比特发送到它们之间的分束器来确认声子的量子力学行为。每个声子都可以独立地回到它来自的量子比特或分束器的另一侧。

然而，如果声子被定时在分束器上同时到达，它们就会一起前往最终目的地方。也就是说，它们仍然难以预测地去到一个量子比特或另一个，但是当两个声子同时撞击分束器时，它们总是最终到达同一个量子比特。

如果声子遵循声音的经典、非量子规则，那么两个声子在撞击分束器后去向就没有任何相关性。这种效应可以作为量子计算机中基本构件的基础。

本文译自 sciencenews，由 BALI 编辑发布。