物理学家记录了在大型机械对象中的量子跳跃

• 物理学家首次在大型机械物体中记录到量子跳跃
• 实验将声子晶体与超导量子比特结合在一起
• 测量是通过检查声子的奇偶性进行的
• 结果发表在《科学》杂志上

在最近的实验中，国际物理学家团队成功记录了一个大规模机械物体中的量子跳跃，这成为了对宏观系统中能量离散跃迁理论预测的首次确认。

从理论到实践

量子跳跃的概念早在20世纪初就出现，当时科学家们意识到微观粒子可以在没有中间状态的情况下在能级之间跃迁。直到最近，这种现象仅在原子、离子和单个量子比特中观察到，但在更大物体中的表现仍然不可获得。

为了创建合适的平台，研究人员使用了声子晶体——一种人工构建的结构，能够在纳米尺度上引导和控制声波（声子）的振动。这样的晶格提供了机械共振部分与外部噪声之间的高隔离。

实验的关键元素是一个在低于20 mK温度下工作的超导量子比特。量子比特直接与声子晶体集成，使得电气和机械子系统之间能够传递量子状态。

测量方法

为了记录跃迁，科学家们使用了声子数的奇偶性检查——一种特殊的方法，可以确定系统中振动量子的数量是偶数还是奇数，而无需直接测量它们。通过量子比特进行了系列快速测量，随后获得的数据表明奇偶性发生了剧烈变化，符合量子跃迁。

获得的信号表明，机械谐振器在离散能级之间转换，类似于原子系统中的情况。这些跃迁在实时中被观察到，证实了对宏观量子态的控制可能性。

实验的成功为开发混合量子设备开辟了新前景，其中机械元件可以作为长期量子存储器或不同类型量子系统之间的信号转换器。

研究结果已在顶级科学期刊《科学》上发表，并在物理学界获得广泛认可。作者计划进一步提高测量的灵敏度并扩大实验规模，这可能导致量子跃迁在未来技术中的实际应用。

来源：N+1