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(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校教授郭國(guó)平、副研究員鄧光偉等人和美國(guó)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(kāi)創(chuàng)性地引入第三個(gè)諧振子作為聲子腔模，成功實(shí)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(chǔ)和傳輸創(chuàng)造了條件。國(guó)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(diǎn)，是信息存儲(chǔ)、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(shí)現(xiàn)該方案的一個(gè)主要難題是如何在長(zhǎng)距離上實(shí)現(xiàn)可調(diào)的聲子相互作用，近年來(lái)國(guó)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(duì)這一難題，郭國(guó)平研究組提出利用諧振子本身作為聲子腔模來(lái)代替光腔或微波腔的設(shè)想，并設(shè)計(jì)和制備了3個(gè)石墨烯納米諧振子的串聯(lián)結(jié)構(gòu)。在這個(gè)器件中，每個(gè)諧振子的諧振頻率可以通過(guò)各自底部的金屬電極進(jìn)行大幅度調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(guò)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(guò)程的理論分析，研究團(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)測(cè)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(gè)實(shí)驗(yàn)首次實(shí)現(xiàn)了石墨烯納米諧振子中的非近鄰耦合，對(duì)于機(jī)電諧振子領(lǐng)域的研究具有重要的推動(dòng)意義，為以聲子模式作為載體進(jìn)行量子信息的存儲(chǔ)和傳輸創(chuàng)造了條件。