声音驱动电子轨道之间的量子跃迁

康奈尔大学的研究人员已经证明，声波可用于控制电子在钻石晶格缺陷周围的运动，该技术可以潜在地提高量子传感器的灵敏度并可用于其他量子设备。

量子信息技术的进步需要找到控制电子和其他微观粒子的新方法。在一篇题为“强驱动极限下缺陷轨道状态的相干声学控制”的文章中，应用与工程物理学教授GregoryFuchs和他的博士后研究员BrendanMcCullian与艺术与科学学院物理学教授ErichMueller和他的博士生VaibhavSharma合作，设计了一种声波可以驱动电子轨道之间“量子跳跃”的环境。

麦卡利安在钻石芯片表面制造了一个微型扬声器，其工作频率与电子跃迁完全匹配。利用类似于磁共振成像的技术，他能够演示钻石芯片内部单个电子的相干控制。

量子比特(传统计算机中比特的量子模拟)必须保持一致性或稳定状态才能发挥作用。这种一致性非常脆弱，很容易因环境波动而丢失，例如当附近的电子从一个位置跳到另一个位置时。多年来，科学家们一直使用一种称为自旋共振的技术来延长量子比特的相干时间，该技术使用微波和磁场来改变电子行为。Fuchs和他的团队试图将这项技术扩展到声学领域并提高轨道的一致性。

“我们用一种与自旋共振有些类似的方式，以声学方式驱动轨道状态，然后使用现有的自旋共振技术工具箱来研究该轨道状态的相干性，”福克斯说。“我们非常感兴趣，我们可以做一个轨道版本的自旋共振：利用我们从自旋共振中了解到的工具——例如，相干控制和拉比振荡——以及几千兆赫的声学谐振器，将其映射到轨道状态上，看看这些技术是否仍然有效。”

Fuchs的工作有助于促进对氮空位(NV)中心的认识。氮空位中心是金刚石晶格中的一种缺陷，是传感和量子网络的重要量子位。Fuchs的工作还有助于开发新工具来对抗导致光谱扩散的环境波动，而光谱扩散可能会给依赖于稳定光学跃迁的量子网络应用带来重大问题，在这种应用中，每个发射光子的频率都是相同的。

“通过研究NV中心如何与这些噪声源相互作用，并找到使用我们通常为自旋保留的工具来修改这种相互作用的方法，我们找到了一种使其与轨道状态一起工作的方法。这是对科学的重要补充，”Fuchs说。“这个项目也是团队之间合作方式的一个例子。实验技术是在我的实验室开发的，但后来我们与物理系的一个小组合作，他们提供了理论分析，并帮助我们构建了对结果的预测和理解。”

“这是一次非常有意义的合作，”穆勒说。“声波通过一种类似于在操场上荡秋千的机制来激发电子。当振动与电子运动同步时，它们就可以将能量传递给电子。人们可以用扬声器来控制电子运动，这真是太神奇了。”