【中國科學報】納米諧振子聲子模式相干操控獲進展
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近日，中國科學技術(shù)大學郭光燦院士團隊在納米諧振子聲模相干操控方面取得重要進展。該團隊郭國平教授、宋驤驤副研究員、鄧光偉副研究員等人與美國加州大學默塞德分校田琳教授，以及本源量子公司合作，實現(xiàn)了空間上非直接連接的諧振子之間的聲子模式相干操控。相關(guān)研究成果發(fā)表在3月2日出版的美國《國家科學院院刊》上。
隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)可以利用表面聲波、納米諧振子等器件來產(chǎn)生、傳遞和操控少數(shù)甚至是單個聲子，并探索其在經(jīng)典和量子信息處理方面的應(yīng)用，其中諸多應(yīng)用均需要以實現(xiàn)不同諧振模式之間的相干操控為前提。
空間上近鄰耦合諧振子聲子模式的研究，國際上已有報道，但不相鄰聲子模式之間長程可控的相干信息傳遞仍然是國際上一個尚未攻克的難題。針對這一難題，郭國平教授研究組圍繞納米諧振子中的聲子模式操控，在之前取得的近鄰諧振子及其相干操控的系列進展和靜態(tài)電學可調(diào)非近鄰諧振子耦合的工作基礎(chǔ)上，設(shè)計制備了三個石墨烯納米諧振子串聯(lián)耦合器件。利用石墨烯優(yōu)異的電學和力學性能，實現(xiàn)了以中間諧振子作為傳遞媒介，兩端非近鄰諧振子聲子模式之間的可調(diào)強耦合。
通過樣品結(jié)構(gòu)和測量方案的優(yōu)化，耦合強度和品質(zhì)因數(shù)相比于之前的工作分別有一個和兩個量級的提升，協(xié)同系數(shù)達到107，比國際上已報道的結(jié)果高出數(shù)個量級。在同時實現(xiàn)可調(diào)性能強、耦合強度高、相干性能好的基礎(chǔ)上，課題組演示了非近鄰諧振子聲子模式的拉比振蕩、拉姆塞干涉及其電學調(diào)控性能。
該工作首次在實驗上實現(xiàn)非近鄰聲子模式之間的可控相干操控，為進一步利用納米諧振子器件中的聲子模式來進行信息的相干存儲和相干傳遞創(chuàng)造了條件，拓展了基于納米聲學的聲光電一體化器件的可能性。審稿人評價“這些結(jié)果明顯超越了現(xiàn)有諧振子在經(jīng)典區(qū)域中的相干操作水平”。隨著基態(tài)冷卻技術(shù)的進一步發(fā)展，該成果也將為量子區(qū)域聲子態(tài)的電學操控，以及基于聲子體系的新型雜化量子信息器件的研發(fā)提供新的途徑。
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