17、基于表面声波的通用量子换能器研究

基于表面声波的通用量子换能器研究

1. 研究概述与展望

在量子信息领域，我们提出并分析了压电活性材料（如 GaAs）中的表面声波（SAW）声子作为通用量子换能器的可能性。这种换能器能够在静态和传播态之间转换量子信息。基于 SAW 腔和波导的量子信息架构具有很强的通用性，与腔量子电动力学（QED）有显著的相似性，并且可以作为各种量子比特实现之间长程自旋 - 自旋相互作用的可扩展媒介，利用现有的实验技术实现远程量子比特之间的量子态忠实转移。

将量子光学和量子信息中的技术与概念，与 SAW 器件的技术专长相结合，有望在理论和实验方面取得进一步的快速进展。以下是可能的研究方向：
- 开发新型混合系统 ：由于该方案并不特定于任何特定的量子比特实现，因此可以通过将不同的系统（如量子点和超导量子比特）嵌入到共同的 SAW 架构中，开发新型混合系统。
- 作为不同传播量子系统的换能器 ：该设置还可以用作不同传播量子系统（如声子和光子）之间的换能器。例如，光可以通过 NV 中心或自组装量子点耦合到 SAW 电路中，并且已经实验制备出了同时引导光子和 SAW 声子的结构。
- 开辟新型芯片测试平台 ：SAW 架构为类似于量子光学的研究开辟了一个新型的芯片测试平台，将高度发达的量子光学和腔 QED 工具引入到备受期待的量子声学领域。潜在的应用包括多体动力学的量子模拟、量子态工程（例如产生声子的压缩态）、量子增强传感、声音检测以及基于声音的材料分析。

2. 非压电表面声波的经典描述

在立方晶格（如钻石或 GaAs）中，SAW 的传播可以用