声子是构成声音的最小量子单位，与光子等粒子一样，它们也遵循量子力学规则。 研究人员认为，基于声子的量子计算机芯片可以设计得和普通芯片一样小，这为量子计算机的未来发展打开了新的大门。

文|陈强

当你打开灯照亮房间时，你所经历的是一束无数光子。 光子是构成光的粒子，是微小的、离散的量子能量包。 光子遵循那些奇怪的量子力学定律。 例如，这些定律规定光子是不可分割的，但允许光子同时存在于多个位置。

与构成光的光子类似，构成声音的不可分割的粒子被称为“声子”。 声子本质上是数万亿个原子的集体运动，就像运动场上数千名观众的“人潮”。 当听歌曲时，你听到的实际上是由声子组成的粒子流。

与光子一样，声子也遵循相同的量子力学规则。 然而，目前对声子的研究仍处于起步阶段。 最近，美国芝加哥大学普利兹克分子工程学院的研究人员创造了一种可以一次产生单个声子的装置。 该器件相当于一个芯片，由完美导电的材料制成，并放置在超低温环境中。 中间。 通过该设备，研究人员可以探索声子的量子特性。

用分束器“分裂”声子

就像反射光束的镜子一样，研究人员使用反射声束的“声镜”来探测声子的量子特性。 在最近的一项实验中，他们使用了一种被称为“分束器”的“半透明”声镜。 这种声镜会反射一半的声音，让另一半通过。 研究人员决定测试当声子瞄准分束器时会发生什么。

因为声子是不可分割的。 与分束器相互作用后，声子最终处于所谓的“叠加态”。 此时，声子同时处于两种状态：被分束器反射，也通过分束器透射。 如果您想使用检测器来干预和检测声子，则声子的叠加会“塌陷”到以下状态之一：一半的时间您将检测到它被分束器反射，一半的时间您将检测到它穿过分束器。 探测导致叠加态崩溃，如果没有探测过程，声子将保持反射和透射的叠加态​​。

光子也具有这种叠加态，这是科学家几十年前发现的。 现在，上述实验表明声子也具有相同的量子特性。

纠缠声子

在证明声子可以像光子一样叠加后，研究人员提出了一个更复杂的问题。 他们想知道如果将两个相同的声子从两个百思特网不同的方向发送到分束器中会发生什么。

实验表明，每个声子进入叠加态。 但如果两个声子的发射时间被精确地定时，使得它们互相干扰，那么发送到分束器的结果就是两个声子各自的叠加态将融合百思特网在一起，形成一个单一的叠加态：两个声子时两个声子一起反射，它们也一起传输。

事实上，两个声子处于量子纠缠状态，可以瞬间相互影响。 这意味着检测一个声子是否被反射或透射会立即迫使另一个声子进入相同的状态。

因此，如果你检测，你总是检测到两个声子，它们要么都被反射，要么都被透射，永远不会一个被反射，另一个被透射。 当两个相同的光子被发送到分束器时，会发生相同的效应，称为“红欧曼德尔效应”（Hong-Ou-），该效应于1987年首次预测并观察到，并以三位物理学家的名字命名。 现在，研究人员还利用声子证明了这种效应。

新量子计算机的出现

这些结果表明，声子与光子一样，具有相同的量子特性，并且可以进入量子纠缠状态。 研究人员相信，我们可以利用声子来构建新型量子计算机。 现在，人们已经努力利用光子构建量子计算机。 这些量子计算机使用大量纠缠光子来解决许多经典计算机无百思特网法解决的问题，例如分解大数或模拟量子系统。

研究人员认为，与当前的传统量子计算机相比，基于声子的量子计算机可以设计得非常紧凑。 如果声子技术能够进一步扩展和改进，基于声子的量子计算机芯片可以设计得和普通芯片一样小，使其更加实用。

由于许多量子物体也可以与声子相互作用，因此基于声子的量子计算机也可以与传统的量子计算机结合起来。 研究人员推测，组合后的量子计算机可能具有更加独特的计算能力。

参考：

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