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談耦合出版

雷根斯堡大學的物理學家將大分子碳納米管的振動耦合到微波腔中,創建了壹個新穎的高度小型化的光學機械系統。Andreas K. Hurtl博士的團隊通過利用電荷的量子化,即電荷由單個電子攜帶,作為壹種強大的放大機制來實現這壹點,其研究成果發表在《自然通訊》雜誌上。它們代表了將完全不同的量子技術結合在壹個設備中的重要壹步(例如電子自旋量子比特和超導量子比特)。

壹般情況下,碳納米管等大分子的振動與微波耦合是非常困難的。為什麽?因為量子計算或腔量子電動力學設備使用的電磁波長工作在GHz頻率,在毫米範圍內。典型的納米管器件不僅可以用來捕獲具有已知量子態的電子,還可以用作振動諧振器,長度小於1微米,振幅小於1納米。由於尺寸不匹配,納米管的移動不會對微波腔的電磁場產生太大影響,標準光力學理論預測的耦合最小。

然而,在許多方面,實現這種耦合並控制它而不驅動納米管到大的振動幅度是壹個有吸引力的想法。納米管是壹種優秀的弦諧振器,可以長時間儲存能量。它的振動可以用來在根本不同的自由度之間轉換量子信息。單阱電子和超導微波電路是量子計算架構的熱門候選。研究表明,與簡單的幾何預測相比,振動與電磁場的相互作用可以放大到10000倍。

這是通過使用所謂的量子電容器來實現的:電流由離散的電子攜帶,這意味著對非常小的電容器(如納米管)充電不是連續發生的,而是分步進行的。通過選擇階躍曲線上的工作點,實現了光機電耦合的可控性,並且可以快速開啟和關閉。目前在芬蘭阿爾托大學從事研究的Hurtl博士說:我們實現了壹個所謂的色散耦合光學機械系統。壹方面,由於機械部分的小型化和單電子效應,該系統新穎而令人興奮。

另壹方面,眾所周知,對於大尺度(直至宏觀尺度)的光學機械系統,已經有了大量的理論和實驗研究。光-機械相互作用可以用來冷卻振動,以高靈敏度的方式檢測振動,放大信號,甚至可以隨意制備量子態。結果表明,在不久的將來,可以實現對線狀納米管振動的量子控制。這使得它作為壹個量子開關非常有吸引力,它結合了非常不同的量子現象。