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中国科学家在纳米机电系统研究中取得系列进展

发布时间:2017-12-04 阅读:

  中国科学家在纳米机电系统研究方面取得了一系列进展 - 新闻 - 科学网

  记者近日从中国科学技术大学获悉,由中国科学院院士郭光灿率领的量子信息中科院重点实验室在纳米碳管纳米机电系统方面取得了一系列重要进展( NEMS)。实验室固态量子芯片组郭国平集团与清华大学江凯力研究小组等合作并成功实现了两个串联碳纳米管谐振腔的强耦合,碳纳米管谐振腔模耦合和使用,这种耦合使声子相干操纵。相关成果发表在国际权威杂志“纳米快车”和“纳米级”上。

  碳纳米管由于其良好的电学性能和优异的力学性能,近年来在纳米机电系统的相关研究中得到了广泛的应用。在量,微力,气,位移等物理量测量方面也有广泛的应用前景。特别是碳纳米管谐振器的机械模式与单分子磁体,单电子电荷和自旋等物理量强耦合,可用于探索纳米级的物理现象,是一种高质量的量子传感设备。

  在量子信息领域,纳米级谐振腔中的声子可以保持很长的相干时间,并且可以相干长距离传输。这是一个很好的飞行量子位,被认为是量子数据总线的候选者之一。郭国平研究组围绕探索声子作为量子数据总线的目标,开展了多机械振荡器远程耦合的研究,实现了两个串联耦合的机械振子首次与碳耦合纳米管机械振荡器,对两个机械振子和量子点分别形成强耦合,新的耦合型机械振子器件为研究电子 - 声子相干相互作用,电子远程耦合和电子纠缠态提供了一个新的平台。作为飞行量子的声子也为量子数据总线研究提供了新的思路。

  在量子数据总线的远距离耦合和远距离传输的基础上,量子数据总线的研究也需要实现声子的相干操作。机械振动高阶模态的研究对于过敏传感器和声子的相干控制具有重要意义。目前,世界上对多机械模式耦合的相关研究主要集中在百千赫的低频谐振器上。为了获得更灵敏的传感器并实现更快的声子控制,谐振器的谐振频率需要进一步提高。

  针对高频声子操作的问题,郭国平研究小组发现,单个碳纳米管中不同方向的振动模式可以工作在百赫兹左右,这两种模式可以通过增加一个附加的参数驱动耦合通过调节驱动功率可以实现从弱耦合到强耦合的线性耦合,与理论计算结果一致,通过控制驱动微波的波形,实现了机械声子相干比的运算观察到的滞后比超过10倍是实验中声子操作次数的最大值,此外,Rabbin操作的频率大于500kHz,比以前报道的提高了两个数量级。发表在国际权威杂志“纳米快车”。

  这一系列工作得到了科学技术部,国家自然科学基金,中国科学院和教育部的资助。通过一系列手段把机械振动冷却到量子基态后,声子的相干处理将在量子传感和量子信息领域有着广泛的应用前景。郭国平说。

关键词: 自然科学