表面声波（SAW）作为波纹传播在基板上并耦到SQUID阵列谐振腔（橙发光）的概念示意图。该相互作用通过SQUID环（紫场）进行磁通调制来调节，该环控制谐振腔的有响应。图片来源：P. Scarlino/EPFL

瑞士EPFL与瑞典查尔姆斯理工大学作团队创多声子模式相互作用的量子声学芯片

研究人员在同芯片上集成机械振动与非线电子学，实现声子间可控互动

声子是机械振动的量子单位，它们描述了固体中小尺度的运动传播式，类似于电子描述电流的式。由于声子可以为稳定且度敏感，已被广泛用于量子科学与技术。

研究人员已经能够探测并控制单个声子，但实现声子之间可预测、可调的相互作用仍是构建复杂量子系统（如量子计机）的关键挑战。

在量子技术中，交互至关重要。论目标是测量微小力还是处理信息，单个量子激发须能够影响另个激发。实现这点需要非线——即添加个激发会改变系统对下个激发的响应，而不是让每个激发立工作。

机械系统在此域具有吸引力河池万能胶生产厂家，因为它们能长时间存储能量。然而，声子通常是线激发，若单存在则不会相互作用，这使得从单声子模式的控制过渡到多声子协同工作的装置变得困难。

Pasquale Scarlino博士（EPFL）及其团队与Per Delsing博士（查尔姆斯理工大学）作，次通过在同芯片上集成机械振动与非线电子学，解决了这难题。研究已发表于《PRX Quantum》杂志。

通过将多种机械模式——设备内部不同振动模式——耦到同芯片上由约瑟夫森结阵列构成的非线电路，研究人员成功构建了个“量子声学”装置，使得数个声子模式能够同时与谐振器相互作用。

设备

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该装置在瑞典查尔姆斯大学的MyFab工厂制造，融了两大核心元件。是表面声波腔（在固体表面限制机械振动，形成离散机械模式）。二是可通过磁场调谐的微波谐振器。当机械模式与谐振器频率相近时，它们发生杂化，保温护角专用胶每个声子模式都获得了少量来自非线电子电路的贡献。

让声子呈非线

研究人员发现，即使是微小的非线电路贡献，也足以使声子模式相互作用。关键指标是“参与比”，用于衡量每个声子模式与谐振器的混程度。通过直接从实验中提取此参数，团队能够预测能量损耗与相互作用强度。

利用此法，研究人员测量了多对声子模式之间的相互作用。激发个模式会改变另个模式的频率，清晰表明声子–声子相互作用。并且在两光子驱动下，还观测到双稳态行为，即机械模式在不同振动状态间切换。

前景与意义

此研究为工程化和表征相互作用声子的通用实验框架奠定基础。这样的系统有望开启全新类型的量子传感器，研究集体与非线机械现象，并支持未来将机械模式作为量子信息处理关键组件的架构。

广泛地说，这项工作展示了量子声学设备如何突破单模式运行，向多模式、可扩展系统迈进。

勇编撰自论文"Quantum Acoustics with Tunable Nonlinearity in the Superstrong Coupling Regime".PRX Quantum.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。

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