美国科学家首次实时观察声音中的量子跃迁

• 2026-09-20

研究团队成功制造出一个仅振动两毫秒的微型谐振器，从而实现了全球首次对声音中量子跃迁的实时测量。这一突破为探索新的科学领域打开了大门，并可能在量子计算及传感技术上得到迅速应用。量子跃迁是指量子系统能量状态的急剧变化，早在1913年，物理学家尼尔斯·玻尔就曾提出这一概念。到了1986年，科学家首次在俘获的离子中观察到了量子跃迁，2007年又在光子中观察到此现象。

经过近二十年的研究，斯坦福大学的阿米尔·萨法维-纳伊尼及其团队首次在声子的层面上观察到了量子跃迁。为了阐明他们的发现，萨法维-纳伊尼使用了类似敲击钟声的例子来说明声音的逐渐衰减是如何在量子层面上以跃迁的方式发生的。他们的研究首次实现了对这些量子跃迁的实时测量。

为实现这一测量，研究者们设计了一种微型机械谐振器，其大小相当于计算机芯片。这种谐振器在被激发时进行振动，它的“振铃”时间虽然只有两毫秒，但在微观尺度上等同于音叉振动数小时。因此，该谐振器相对较长的共振时间使得研究人员能够多次读数，精确捕捉振动状态从1跃迁到0的瞬间。 qy球友会官网

在研究量子系统时，提取信号而不干扰其脆弱状态是一个主要挑战。斯坦福团队通过将谐振器与超导量子比特配对，成功地将其用于探测器，实时捕获量子跃迁的确切时刻。这项研究不仅标志着量子跃迁的实时探测实现，还为未来的量子技术发展奠定了基础。

在量子计算领域，易变的量子态可能导致计算错误，而量子跃迁被视为一种错误，但确定其发生的确切时机一直以来都很困难。因此，探测量子跃迁的能力可能会改变这一现状。此外，这种谐振器与量子比特的组合还可应用于精确的传感器技术，萨法维-纳伊尼及其团队与加州理工学院合作，利用这一技术检测细胞内的蛋白质。

声音是现代设备，如智能手机的重要组成部分，因此，相关技术的潜在应用可能会在这些领域展开。萨法维-纳伊尼总结道：“我们目睹了振动物体展现出量子行为，而这一现象是实现量子计算和传感所需的许多操作的基础。”他补充说：“这项研究的成果将推动我们利用声音发展新型量子技术。” 研究成果已在《科学》杂志上发表。 qy球友会官网