研究人员在使用激光和单光子测量在微观设备内产生声音的量子态方面迈出了关键的一步。

全球范围内的研究人员现在可以在各种不同的物理系统中生成和控制量子态，这些系统包括从单个光粒子到包含数千个原子的复杂分子。这种控制使强大的新量子技术得以开发，例如量子计算和量子通信等，并且还提供了令人兴奋的测试量子物理学基础的途径。特别是当前的一个关键挑战是如何在更大范围内创造量子态，这将有助于建立量子物理的技术潜力，并探索量子物理的边界。

伦敦帝国理工学院的一组研究人员与牛津大学、尼尔斯·玻尔研究所、马克斯·普朗克光科学研究所和澳大利亚国立大学一起，产生并观察了非高斯态的高频声波，它包括超过一万亿个原子。更具体地说，该团队将热平衡中随机波动的声场转换为了具有更特定震级的嗡嗡声模式。

这项研究在产生更多宏观量子态方面取得了重要的进展，这将使未来的量子互联网组件得以开发，量子力学本身的极限也将得到测试。该团队的研究细节近日发表在《物理评论快报》杂志上。

伦敦帝国理工学院该项目研究员、论文共同第一作者John Price解释说：“为了进行这项研究，我们将激光限制在微型谐振器内并循环。令人印象深刻的是，光可以在这个微小结构的边缘以所谓的回音壁模式循环多达一百万次。”

来自帝国理工的共同第一作者Andreas Svela继续说道：“随着光的循环，它与高频声波相互作用，我们可以使用激光来生成和表征声场的有趣状态。”

“然后，当我们观察到由这种光声相互作用产生的单个光子时，探测器给了我们一个信号，它表明我们已经创造了我们要的目标状态。”来自帝国理工的共同第一作者Lars Freisem描述道。

当检测到单个光子时，意味着从声场的初始态中减去了单个声子(声能的量子)。该团队之前已经探索了单声子加减法以观察声音量子平均数量反直觉的加倍，而目前的工作通过精确表征产生的声波波动并观察了由此产生的非高斯模式，并取得了重大的进展.

现在在哥本哈根Niels Bohr研究所从事研究的论文共同第一作者Georg Enzian说：“产生非高斯量子态对于量子信息研究和物理学基础很重要，令人兴奋的是，这项研究使我们更接近于使用声场在宏观尺度上产生这种状态。”

帝国理工的量子测量实验室首席研究员Michael Vanner调说：“使用这种方法能为的未来工作提供了一条连贯存储和检索量子信息的实用途径。也就是说，能为量子计算机制造一个量子RAM(随机存取存储器)。此外，这种类型的研究可以揭示导致脆弱量子现象衰减并成为经典现象的不同机制。”（编译:Qtech）