中美科學家利用石墨烯系統探索量子信息處理新方式

　　從中國科學技術大學獲悉，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性地引入第三個諧振子作為聲子腔模，成功實現了遠程強耦合，為以聲子模式作為載體進行量子信息存儲和傳輸創造了條件。國際權威學術期刊《自然·通訊》1月26日發表了該成果。

　　納米諧振子具有尺寸小、穩定性好、品質因子高等優點，是信息存儲、操控和傳輸的優良載體。經典和量子信息都可以被編碼在諧振子的聲子態上，聲子態也可以用于傳輸這些信息。實現該方案的一個主要難題是如何在長距離上實現可調的聲子相互作用，近年來國際學界嘗試采用光學腔或超導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度通常較小，很難達到強耦合區間。

　　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想，并設計和制備了3個石墨烯納米諧振子的串聯結構。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行大幅度調節。實驗證明，在該串聯結構中近鄰諧振子可以達到強耦合區間，當把中間諧振子的頻率調到接近于兩端諧振子的共振頻率時，兩端諧振子之間出現了很大的模式劈裂，而且劈裂值可以通過控制中間諧振子的頻率進行大范圍調控。

　　使用光學拉曼過程的理論分析，研究團隊獲得了兩端諧振子的等效耦合強度及其隨著失諧量的變化關系，實驗發現測量到的等效耦合與理論結果吻合得非常好。

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