華盛頓大學的科學家們找到了一種檢測原子”呼吸”的方法，即兩個原子層之間的機械振盪，通過觀察這些原子在被激光激發時放射的特定光線。這種原子”呼吸”的聲音可以幫助研究人員對量子數據進行編碼和傳遞。

華盛頓大學的研究人員檢測到了原子”呼吸”，或原子層之間的機械振動，這可能有助於編碼和傳輸量子信息。他們還創造了一個操縱這些原子振動和光發射的集成設備，推進了量子技術的發展。

研究人員還開發了一種裝置，可以作為量子技術的一種新型構件，人們普遍預計量子技術未來將在計算、通信和傳感器開發等領域有許多應用。

研究人員最近在《自然-納米技術》雜誌上發表了他們的發現。

“這是一個新的原子級平台，使用科學界所稱的’光學機械學’，其中光和機械運動被內在地耦合在一起，”高級作者Mo Li說，他是華盛頓大學電氣和計算機工程及物理學教授。”它提供了一種新型的參與性量子效應，可以利用它來控制通過集成光學電路運行的單光子，用於許多應用。”

Adina Ripin

此前，該團隊曾研究過一種叫做”激子”的量子級準粒子。信息可以被編碼到一個激子中，然後以光子的形式釋放出來–一個被認為是光的量子單位的微小能量粒子。每個發射的光子的量子屬性–如光子的偏振、波長和/或發射時間–可以作為量子比特的信息，或”量子比特”，用於量子計算和通信。而且，由於這個量子比特是由光子攜帶的，它以光速傳播。

“為了可行地擁有一個量子網絡，我們需要有可靠地創建、操作、存儲和傳輸量子比特的方法，”主要作者、華盛頓大學物理學博士生Adina Ripin說。”光子是傳輸這種量子信息的自然選擇，因為光纖使我們能夠以高速遠距離傳輸光子，而且能量或信息的損失很低。”

研究人員正在研究激子，以便創造一個單光子發射器，或”量子發射器”，這是基於光和光學的量子技術的一個關鍵組成部分。為了做到這一點，研究小組將兩層薄薄的鎢和硒原子（被稱為二硒化鎢）放在彼此的上面。

Li Mo

當研究人員測量發射光的光譜時，他們注意到幾個等距的峰值。由激子發射的每一個光子都與一個或多個聲子耦合在一起。這有點類似於在量子能量階梯上一次一次地攀登，而在光譜上，這些能量峰值在視覺上被等距的峰所代表。

Li說：”聲子是二硒化鎢材料的自然量子振動，它具有垂直拉伸坐在兩層中的激子電子-空穴對的效果，”他也是華盛頓大學QuantumX指導委員會的成員，並且是納米工程系統研究所的一名教師。”這對激子發射的光子的光學特性有明顯的影響，這在以前從未報導過。”

研究人員很好奇他們是否能將聲子用於量子技術。他們施加電壓，看到他們可以改變相關聲子和發射的光子的相互作用能量。這些變化是可測量並可控制的，其方式與將量子信息編碼到單一的光子發射有關，而這一切都在一個集成系統中完成–一個只涉及少量原子的裝置。

下一步，該團隊計劃建立一個波導–芯片上的纖維，捕捉單光子發射並將它們引向它們需要去的地方，然後擴大該系統的規模。該團隊不希望一次只控制一個量子發射器，而是希望能夠控制多個發射器及其相關的聲子狀態。這將使量子發射器能夠相互”交談”，這是朝著為量子電路建立一個堅實基礎邁出的一步。

Li說：”我們的首要目標是創建一個帶有量子發射器的集成系統，該系統可以使用通過光路運行的單光子和新發現的聲子來做量子計算和量子傳感，這一進展當然將有助於這一努力，它有助於進一步發展量子計算，而量子計算在未來將有許多應用。”