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超導(dǎo)電路光機(jī)械石墨烯晶格。圖片來源：瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)院研究人員建造了第一個(gè)大型可配置的超導(dǎo)電路光學(xué)機(jī)械晶格，可克服量子光學(xué)機(jī)械系統(tǒng)的尺度挑戰(zhàn)。該團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了光機(jī)械應(yīng)變石墨烯晶格，并使用新的測(cè)量技術(shù)研究了非平凡的拓?fù)溥吘墵顟B(tài)。這項(xiàng)研究發(fā)表在最近的《自然》雜志上。

對(duì)微機(jī)械振蕩器的精確控制是許多當(dāng)代技術(shù)的基礎(chǔ)，從傳感和定時(shí)到智能手機(jī)的射頻過濾器。腔光力學(xué)使科學(xué)家能夠利用電磁輻射壓力來控制介觀力學(xué)對(duì)象。這大大提高了人們對(duì)其量子性質(zhì)的理解，使包括基態(tài)冷卻、量子壓縮和機(jī)械振子遠(yuǎn)程糾纏在內(nèi)的許多進(jìn)展成為可能。

前沿理論研究曾預(yù)測(cè)，研究光學(xué)機(jī)械晶格有望帶來大量物理學(xué)和動(dòng)力學(xué)方面的創(chuàng)新性發(fā)現(xiàn)，比如量子集體動(dòng)力學(xué)和拓?fù)洮F(xiàn)象。但要在高度可控的條件下造出這種實(shí)驗(yàn)性設(shè)備，構(gòu)建可承載多耦合光學(xué)和機(jī)械自由度的光學(xué)機(jī)械晶格一直是個(gè)挑戰(zhàn)。

此次，研究人員開發(fā)了一種用于超導(dǎo)電路光學(xué)機(jī)械系統(tǒng)的新型納米制造技術(shù)，該技術(shù)具有高再現(xiàn)性和對(duì)單個(gè)設(shè)備參數(shù)的極其嚴(yán)格的公差，使他們能將不同的位置設(shè)計(jì)成幾乎完全相同，就像在自然晶格中一樣。

作為晶格單一位置的一部分，關(guān)鍵元件是所謂的“真空間隙鼓面電容器”，它由懸掛在硅襯底溝槽上的一層薄鋁膜制成。這構(gòu)成了器件的振動(dòng)部分，同時(shí)形成了一個(gè)帶有螺旋電感的諧振微波電路。

石墨烯晶格具有非平凡的拓?fù)涮匦院途植窟吘墵顟B(tài)。研究人員在他們所謂的“光機(jī)械石墨烯薄片”中觀察到了這種狀態(tài)，該薄片由24個(gè)位點(diǎn)組成。該團(tuán)隊(duì)的測(cè)量結(jié)果與理論預(yù)測(cè)非常吻合，表明他們的新設(shè)備是研究一維和二維晶格拓?fù)湮锢淼目煽繉?shí)驗(yàn)平臺(tái)。

光機(jī)械晶格的演示不僅提供了在真實(shí)的凝聚態(tài)晶格模型中研究多體物理的途徑，而且當(dāng)與超導(dǎo)量子比特相結(jié)合時(shí)，還有望帶來一種新型混合量子系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞： 研究人員 洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院 邊緣狀態(tài) 機(jī)械系統(tǒng)