中美科學(xué)家利用石墨烯系統(tǒng)探索量子信息處理新方式

　　從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校教授郭國平、副研究員鄧光偉等人和美國加州大學(xué)默塞德分校教授田琳合作，在非近鄰的石墨烯納米諧振子之間開創(chuàng)性地引入第三個諧振子作為聲子腔模，成功實現(xiàn)了遠(yuǎn)程強(qiáng)耦合，為以聲子模式作為載體進(jìn)行量子信息存儲和傳輸創(chuàng)造了條件。國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》1月26日發(fā)表了該成果。

　　納米諧振子具有尺寸小、穩(wěn)定性好、品質(zhì)因子高等優(yōu)點，是信息存儲、操控和傳輸?shù)膬?yōu)良載體。經(jīng)典和量子信息都可以被編碼在諧振子的聲子態(tài)上，聲子態(tài)也可以用于傳輸這些信息。實現(xiàn)該方案的一個主要難題是如何在長距離上實現(xiàn)可調(diào)的聲子相互作用，近年來國際學(xué)界嘗試采用光學(xué)腔或超導(dǎo)微波腔作為傳遞耦合的媒介，但由于頻率相差巨大且耦合強(qiáng)度通常較小，很難達(dá)到強(qiáng)耦合區(qū)間。

　　針對這一難題，郭國平研究組提出利用諧振子本身作為聲子腔模來代替光腔或微波腔的設(shè)想，并設(shè)計和制備了3個石墨烯納米諧振子的串聯(lián)結(jié)構(gòu)。在這個器件中，每個諧振子的諧振頻率可以通過各自底部的金屬電極進(jìn)行大幅度調(diào)節(jié)。實驗證明，在該串聯(lián)結(jié)構(gòu)中近鄰諧振子可以達(dá)到強(qiáng)耦合區(qū)間，當(dāng)把中間諧振子的頻率調(diào)到接近于兩端諧振子的共振頻率時，兩端諧振子之間出現(xiàn)了很大的模式劈裂，而且劈裂值可以通過控制中間諧振子的頻率進(jìn)行大范圍調(diào)控。

　　使用光學(xué)拉曼過程的理論分析，研究團(tuán)隊獲得了兩端諧振子的等效耦合強(qiáng)度及其隨著失諧量的變化關(guān)系，實驗發(fā)現(xiàn)測量到的等效耦合與理論結(jié)果吻合得非常好。

　　據(jù)介紹，這個實驗首次實現(xiàn)了石墨烯納米諧振子中的非近鄰耦合，對于機(jī)電諧振子領(lǐng)域的研究具有重要的推動意義，為以聲子模式作為載體進(jìn)行量子信息的存儲和傳輸創(chuàng)造了條件。