在芝加哥大学的开创性研究中，一个由Andrew Cleland教授领导的团队一直在探索声子的量子性质。这是一个开创性的冒险，有可能改变我们所知道的计算世界。

通过一系列首创的实验，该团队使用声学分束器来“分裂”声子。量子力学是关于最小尺度粒子行为的理论，之前像声子这样的量子粒子从根本上是不可分割的。然而，Cleland的团队发现，当一个声子被发送到分束器时，它会进入量子叠加状态。这是声子同时被反射和传输的状态。这种叠加现象是量子力学的核心，也是量子计算背后的力量。

而观察（测量）声子导致这种量子态坍缩成两个输出之一。该团队找到了一种通过在两个量子比特中捕获声子来保持这种叠加状态的方法。量子比特是量子计算中的基本信息单位。实际上只有一个量子比特捕获了声子，但研究人员在测量后才能分辨出哪个量子比特。换句话说，量子叠加从声子转移到两个量子比特。

在第二个实验中，研究人员用声子展示了另一种基本量子效应，以前只能通过光子（photon）观察到。这种效应被称为Hong-Ou-Mandel效应，表明当两个相同的声子从相反的方向同时发送到分束器时，输出会干涉，因此两个声子总是在一个或另一个输出方向上一起旅行。这项发现表明，在某些量子力学条件下，声子的行为方式与光子相似。

这是因为虽然量子比特一次只能捕获一个声子，而不是两个，但放置在相反方向的量子比特永远不会“听到”声子，这证明两个声子都朝着同一个方向发展。这种现象被称为双声子干涉。让声子进入这种量子纠缠状态是一个比光子更大的飞跃。

那么，为什么这很重要呢？

量子力学的原理，如叠加和纠缠，提供了解决以前无法解决的问题的方法。使用光子的量子计算机的开发已经开始，但这些新的实验为不同类型的量子计算机打开了大门：线性机械量子计算机，它将使用声子而不是光子。

该团队的发现表明，在量子计算领域，声子可能具有与光子相同的用途。他们现在正在使用声子构建逻辑门，这是是任何计算机系统的基本组件。与基于光子的线性光学量子计算不同，这个新平台直接将声子与量子比特集成，量子比特是量子计算中的基本信息单位。这种集成可能会产生一种混合量子计算机，它将线性量子计算机优点与基于量子比特的量子计算机能力进行了结合。

这项对声子的开创性研究不仅揭示了量子力学的惊人之美，还揭示了其彻底改变技术的潜力。量子领域，虽然看起来奇怪和抽象，但对我们的技术和未来有着非常现实的影响。正如光赋予我们远距离通信的能力一样，声音——或者更确切地说，声子——可能是计算能力下一次飞跃的关键。

论文：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg8715