在能源公司(美国能源部的研究人员DOE)阿贡国家实验室和芝加哥大学已经为不同类型的量子技术的发明了一种创新的方式“交谈”相互利用声音。该研究于2月11日在Nature Physics上发表，是使量子技术更接近现实的重要一步。

研究人员正在关注量子系统，它利用最小粒子的古怪行为，作为计算和通信的基础新一代原子级电子学的关键。但是，持续的挑战是在不同类型的技术之间传递信息，例如量子存储器和量子处理器。

“我们通过询问来处理这个问题：我们可以用声波操纵和连接物质的量子状态吗?”芝加哥大学分子工程研究所的Liew家庭教授Argonne资深科学家David Awschalom说道。纸。

运行量子计算操作的一个方法是使用“旋转” -这可以是向上，向下或两者的电子的性质。科学家可以在今天的二进制计算机编程语言中使用这些零和一些。但是在其他地方获取这些信息需要翻译，科学家认为声波可以提供帮助。

“目标是将声波与材料中的电子旋转耦合，”该论文的共同第一作者，研究生塞缪尔怀特利说。“但是，第一个挑战是让自旋要注意了。”于是，他们建有弧形电极系统集中声波，就像用放大镜聚焦光点。

结果很有希望，但他们需要更多的数据。为了更好地了解正在发生的事情，他们与位于阿贡的DOE科学用户设施纳米材料中心的科学家们一起实时观察系统。基本上，他们使用来自实验室同步加速器的极其强大的X射线，高级光子源，也是美国能源部科学用户设施办公室，作为显微镜观察材料内部的原子，因为声波几乎穿过它7，000每秒公里。

“这种新方法使我们能够以极小的长度尺度观察量子材料中的原子动力学和结构，”Awschalom说。“这是只与仪器的几个全球多个直接观看原子晶格移动声波穿过其中的一个。”

研究人员说，众多令人惊讶的结果之一就是声波的量子效应比他们最初想象的要复杂得多。为了建立一个全面的理论背后他们在亚原子水平观察，他们转向Uulicago的IME的Liew家庭教授和Argonne的资深科学家Giulia Galli教授。建模系统涉及编组的系统，该系统呈指数级增长的每一个粒子的相互作用，Awschalom说，“但加利教授是采取这种具有挑战性的问题，并解释基本物理特性，这使我们能够进一步提高的世界级专家系统。”

怀特利说，通常很难发送超过几微米的量子信息 - 这是单股蜘蛛丝的宽度。该技术可以扩展整个芯片或晶片的控制。

“结果为我们提供了控制我们系统的新方法，并打开了研究和技术应用的场所，如量子传感，”该研究的另一位共同第一作者，博士后研究员Gary Wolfowicz说。

这一发现是芝加哥大学世界领先的量子信息科学与工程专业的另一项发现; Awschalom是目前领导一个项目，建立一个量子“阿贡和费米国家加速器实验室之间的隐形传输”的网络测试原理的，潜在的牢不可破的通讯系统。

科学家指出，芝加哥大学，分子工程研究所和阿贡的专业知识，资源和设施的融合是充分探索该技术的关键。

“没有一个团队有能力探索这些复杂的量子系统并解决这类问题; 它采用最先进的设施，理论家和实验家密切合作，“Awschalom说。“阿贡国家实验室和芝加哥大学之间的紧密联系使我们的学生解决一些在科学和技术的这个快速移动领域最具挑战性的问题。”

该论文的其他共同作者是UChicago Assoc。UChicago教授David Schuster教授和Argonne资深科学家Andrew Cleland教授; 阿贡国家实验室的科学家Joseph Heremans和Martin Holt; 研究生Christopher Anderson，Alexandre Bourassa，He Ma和Kevin Satzinger; 和博士后研究员孟烨。

这些器件是在William Eckhardt研究中心的Pritzker Nanofabrication Facility制造的。材料表征在UChicago材料研究科学和工程中心进行。拍摄声波的X射线图像的扫描显微镜在纳米材料和高级光子源中心的硬X射线纳米探针上进行。