使用声音传输量子信息

量子物理学正处于技术突破的边缘：由于采用了量子技术，新型传感器，安全数据传输方法甚至计算机都可能成为可能。然而，这里的主要障碍是找到正确的方式来耦合和精确控制足够数量的量子系统（例如，单个原子）。

来自TU维恩和哈佛大学的研究小组已经找到了一种新的方式来传递必要的量子信息。他们建议使用微小的机械振动。原子通过“声子”彼此耦合 - 声子是振动或声波的最小量子力学单位。

微小的钻石有故意的缺陷

“我们正在测试具有内置硅原子的小钻石 - 这些量子系统特别有前途，”TU Wien教授Peter Rabl说。“通常情况下，钻石仅由碳制成，但在某些地方添加硅原子会在可存储量子信息的晶格中产生缺陷。” 晶格中的这些微观缺陷可以像微型开关那样使用，可以在高能量状态和使用微波的较低能量状态之间切换。

与来自哈佛大学的团队一起，Peter Rabl的研究小组已经开发出一种新的想法来实现这些量子存储器在钻石内的有针对性的耦合。它们可以逐一建成一个只有几微米长的小钻石棒，就像项链上的单个珍珠一样。就像音叉一样，这根杆可以被制成振动 - 然而，这些振动非常小，只能用量子理论来描述。通过这些振动，硅原子可以形成彼此的量子力学链接。

“光由光子产生，也就是光的量子，同样，机械振动或声波也可以用量子力学的方式来描述，它们是由声子组成的，它是机械振动的最小可能单位，” Peter Rabl。由于研究小组现在能够使用模拟计算显示，由于这些声子，任何数量的这些量子存储器都可以在钻石棒中连接在一起。各个硅原子利用微波“开启和关闭”。在这个过程中，它们发射或吸收声子。这会产生不同硅缺陷的量子纠缠，从而允许传输量子信息。

通向可扩展量子网络的道路

到目前为止，还不清楚这样的事情是否可行：“通常你会期望声子被吸收到某个地方，或者接触到环境，从而失去它们的量子力学性质，”Peter Rabl说。“声子是量子信息的敌人，可以这么说，但通过我们的计算，我们能够证明，当使用微波进行适当控制时，声子事实上可用于技术应用。”

这项新技术的主要优势在于其可扩展性：“量子系统原理上可以用于技术应用的想法很多，最大的问题是连接足够多的量子系统以便能够执行复杂的计算操作“，Peter Rabl说。为此目的使用声子的新策略可以为可扩展的量子技术铺平道路。