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微波量子库将机械振荡器引入量子技术

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微鼓的电子显微镜照片扫描

文章配图

在瑞士洛桑联邦理工学院近期的一项实验中,一种微波谐振器与金属微鼓振动发生了耦合作用,通过主动冷却近乎量子力学所允许的最低能量的机械运动,微鼓可以变成一个能够塑造微波状态的量子库。该发现发表在《自然—物理学》杂志上。

纳斯博特·伯尼尔博士和阿列克谢·费奥法诺夫博士在英国剑桥大学理论家安德烈亚斯·努内坎普博士的支持下,主导了EPB的托拜厄斯·基彭贝格光子和量子测量实验室的研究工作。

微波是电磁波,与可见光相似,但频率小于四个数量级。微波是微波炉、蜂窝电话以及卫星通信等几种日常技术的支柱,近来,它在超导电路的量子信息操纵中发挥的作用日益重要,这是实现未来量子计算机最有希望的候选者之一。

瑞士洛桑联邦理工学院微纳米技术中心制造的直径仅为30微米、厚度为100纳米的微鼓构成了超导微波谐振器中电容器的顶板。鼓的位置调制谐振器的谐振频率,与此相对,电容器两端的电压在微鼓上施加力的作用。通过这种双向的相互作用,能量可以在机械振动和超导电路中的微波振荡之间发生交换。

在实验中,微鼓首先通过适当调谐的微波音调被近乎最低能量的量子能级冷却。单位微波光子(光的量子)带走了声子(机械运动的量子)的能量,从而减少了机械能。这一冷却过程增加了耗散,并将微鼓转化为微波谐振器的耗散储存器。

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