量子無損光力學聲子測量儀

　　聲子, 作為力學激發的最小能量單位, 其測量精度一直是量子計算、量子通訊等各種量子應用技術發展的主要制約因素。最近的一項研究表明通過精巧設計的光力學裝置(如圖), 可以在極為寬泛的頻域內對聲子實現單量子精度并且非破壞性的量子測量。

　　研究相關的論文題為: “Quantum non-demolition phonon counter with a hybrid optomechnical system”, 為近期出版的《中國科學: 物理學 力學 天文學》英文版2018年第5期文章, 由華東師范大學張可燁教授和加拿大滑鐵盧大學董瑩研究員聯合撰寫。研究者提出了一種全新的聲子測量方法, 以混合光力學系統為媒介, 通過量子調控將待測聲子的量子態高保真地傳遞到光子上, 然后利用光子成熟的量子測量技術實現非破壞性的高精度測量。

　　聲子作為力學激發的最小能量單位, 對其數量與所處量子態的測量是以微納力學原件為核心的各種量子應用技術發展的關鍵, 其測量的精度和效率直接影響這些量子技術的應用前景。然而, 與已具有成熟精密量子測量手段的光子不同, 聲子所在的頻域通常存在大量的低頻噪聲和原件材料的熱噪聲, 這使得對其實現高精度測量十分困難。此外, 在量子區域, 海森堡測不準原理也使得聲子的測量精度受到約束。目前高精度聲子測量技術大多基于聲-光散射效應, 對所測聲子的頻率限制極大。研究者所提出的新方法, 獨辟蹊徑, 以量子光力學系統中可控的準粒子(Polariton)激發為橋梁, 將大量原本基于光子的量子測量技術, 尤其是量子非破壞測量方法, 嫁接到聲子測量上。這不僅使得對聲子強度的測量精度可以達到單量子水平, 還可以非破壞性地鑒別聲子場所處的量子態。另外, 他們又通過參量聲子耦合作用突破頻率共振約束, 大大拓寬了該方法可測聲子的頻率范圍。這一成果對量子計算, 量子通訊等基于固態量子器件的量子技術具有十分重要的意義。

　　該項研究得到了國家重大研究計劃項目(No. 2016YFA0302001)和上海市科委啟明星計劃項目(No. 16QA1401600)資助。