机械振子的量子基态以及光机械感应透明效应


物理学家对量子世界的探索是无止境的。从实验者的角度来说,总是希望能够在更加大的系统中看到量子现象。原子,分子,再到大分子。最近,人们终于在微机械系统中看到了机械振子的量子效应了。来自UCSB的科学家利用氦3把系统冷却到了30毫开尔文附近,使得基频为6GHz的机械振子处于量子基态。这个振子用的材料是很多层的三明治结构,包括氧化硅,氮化铝,和铝。薄片的长度大概有60微米,厚度只有几百个纳米。如果考虑声波在薄片的两个面之间反射形成的驻波,可以知道基频为f=v/2t,其中v是声波速度,t是薄片厚度。对于这个系统来说,声波速度大概为9000米每秒,可以得出振子的基频就是6GHz。氮化铝具有很强的压电效应,能够跟电信号耦合起来。这个振子的表面与一个超导电路耦合,利用约瑟夫森效应形成一个相位量子比特。这个量子比特的本征能量可以调节从5GHz到10GHz。当量子比特与机械振子共振时,二者之间可以出现很强的共振耦合,耦合强度达到110MHz。由此,我们可以在量子比特与机械振子之间相干的传递量子态。在实验中,人们可以制备出机械振子的粒子数态,并测出这个状态的衰减率。

另外一个有趣的工作是,在光机械系统中观察类似EIT(电磁感应透明)效应,我们可以称之为“光机械感应透明”效应。人们发现如果对一个边带可分辨的光机械系统,先用一束强激光在红边带照射,另外一束弱的探测光在频域扫描时,有可能会出现一个透明的频率窗口,探测光会完全透过这个系统。这个透明窗口的大小跟机械振子的衰减以及驱动激光的强度都是有关系的。我们也可以在这个系统中做慢光与快光实验。一个自然的延伸问题就是:能否在这个系统中完成把光速变为零的实验?

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