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迄今最灵敏声波探测器问世 能检测量子水平声波

http://www.kexue.com 2012-02-10 10:52:45 新华网  发表评论

  瑞典查尔姆斯理工大学的科学家开发出迄今世界上最灵敏的新式声波探测器,能检测到量子水平的声波。该研究有望带来一种将声子和电子结合在一起的量子电路,为量子物理开辟新的研究方向。相关论文发表在最近出版的《自然·物理学》上。

  这种“量子麦克”探测器是一种压电耦合单电子晶体管,这种晶体管中通过电流时,一次只过一个电子。研究小组模拟了卵石投入池塘形成的涟漪,并让这种声波在微晶片的表面而不是在空气中传播。这种声波波长仅3微米,但声波传过来时,探测器能迅速感知到。

  他们还在芯片表面制作了一种3毫米长的回音腔,这样即使声音在晶体上传播的速度是其在空气中的10倍,探测器也能够极灵敏地追踪声波脉冲在回音腔壁之间来回反射,由此能清晰检出声波的性质。

  研究人员指出,这种表面声波探测对波峰高度只有质子直径的百分之几的声波敏感,探测灵敏度在单个声子水平,频率为932兆赫兹。如此轻微的声音遵从量子力学法则而不是经典力学法则,其性质更像是光。

  “该实验是用经典声波来做的,但我们把各项准备工作就绪,却发现研究的是标准的量子声波,此前还没有人做过这样的实验。”论文第一作者、博士生马丁·古斯塔夫森说。

  “量子麦克”探测器能检测的声波不仅极其轻微,其频率几乎达到了1千兆赫,比一组A音高21个八度。这种音调对人类听觉而言是太高了。研究人员还指出,他们的项目将表面声波的独特性和量子电路紧密结合在一起,为研究开辟了新方向,如声子—声子的相互作用、声波结合超导量子比特研究等。

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