我国科学家成功实现两个串联碳纳米管谐振器的强耦合

本文摘要：智能硬件网讯记者近日从中国科技大学得知，中国科学院院士郭光灿领导的中科院量子信息重点实验室在基于碳纳米管的纳米机电系统（NEMS）方面获得系列最重要进展。该实验室固态量子芯片组郭国平研究组与清华大学姜开利研究组等合作并顺利构建了两个串联碳纳米管谐振器的强劲耦合、碳纳米管谐振器中两个模式的强劲耦合，并利用这种耦合构建了声子的相干性操纵。涉及成果分别公开发表在国际权威杂志《纳米快报》和《纳米尺度》上。

智能硬件网讯记者近日从中国科技大学得知，中国科学院院士郭光灿领导的中科院量子信息重点实验室在基于碳纳米管的纳米机电系统（NEMS）方面获得系列最重要进展。该实验室固态量子芯片组郭国平研究组与清华大学姜开利研究组等合作并顺利构建了两个串联碳纳米管谐振器的强劲耦合、碳纳米管谐振器中两个模式的强劲耦合，并利用这种耦合构建了声子的相干性操纵。涉及成果分别公开发表在国际权威杂志《纳米快报》和《纳米尺度》上。

碳纳米管由于其较好的电学性能、出色的力学性能，近年来被普遍应用于纳米机电系统的涉及研究中，其在质量、微力、气体、偏移等物理量的测量方面也具备辽阔的应用于前景。尤其地，碳纳米管谐振器的机械模式和单分子磁体、单电子电荷以及磁矩等物理量具备较强的耦合，可以用来探寻纳米尺度下的物理现象，是一种品质优良的量子传感器件。在量子信息领域，纳米谐振器中的声子可以维持较长的相干性时间，可以维持相干性展开远距离的传输，是一种较好的飞行中量子比特，被指出是量子数据总线的候选者之一。环绕探寻声子作为量子数据总线这一目标，郭国平研究组积极开展了多机械振子长程耦合方面的研究，并在碳纳米管机械振子上首次构建了两个串联机械振子的强劲耦合，同时也观测到了两个机械振子分别和量子点的强劲耦合。

该新型耦合机械振子器件为研究电子－声子相干性相互作用、电子长程耦合以及电子纠结态获取了新的平台。利用声子作为飞行中量子比特也为量子数据总线研究获取了新思路。在构建了声子的长程耦合、长程传送的基础上，量子数据总线的研究还必须构建对声子的相干性操纵。

机械振动高阶模式的研究对超强灵敏传感器、声子的相干性操纵具备最重要意义。目前国际上的多机械模式耦合的涉及研究主要集中于在百千赫兹的低频谐振器，而要构建更加灵敏的传感器，构建更慢的声子操纵，必须进一步提高谐振器的谐振频率。针对高频声子操纵的难题，郭国平研究组找到单根碳纳米管中有所不同方向的振动模式都可以工作在百兆赫兹量级，这两个模式可以通过额外重新加入一个参量驱动来展开耦合，且通过调节驱动功率可以构建从很弱耦合到强劲耦合的线性调控，这与理论计算出来的结果完全一致。

研究组通过掌控驱动微波的波形构建了机械振动中声子的相干性拉比操作者，观测到10次以上的拉比波动，是目前实验上声子操作者次数的仅次于纪录，此外拉比操作者的频率小于500千赫兹，比此前的涉及报导高达两个数量级。该研究成果公开发表在国际权威杂志《纳米快报》上。

该系列工作获得了科技部、国家自然科学基金委、中科院和教育部的资助。“通过一系列的手段将机械振动加热到量子基态之后，对声子的相干性操纵将在量子传感、量子信息领域具备辽阔的应用于前景。”郭国平说道。

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