據最新一期《物理評論快報》報道，美國弗吉尼亞理工大學研究團隊開發出一種名為聲學原子的芯片級器件，可像真實原子控制電子一樣精確操控聲波。這項研究展示了利用聲波構建人工量子系統的潛力，未來或將為量子計算、量子通信、醫學成像、人工智能硬件以及全球定位系統等領域帶來新的技術突破。

量子系統不僅存在擴展性不足、信號間非預期的相互作用以及量子信息壽命有限等問題，還容易受到振動、熱量、材料缺陷和電磁噪聲等因素干擾。為尋找新的解決方案，人們將目光投向了聲波。與電磁波相比，聲波更容易被限制在極小空間內，同時能夠更長時間地保存能量和信息，因此在量子技術和微波技術領域具有獨特優勢。

此次開發的聲學原子器件本質上是一種能夠捕獲並控制聲波的微型器件。在自然界中，原子具有不同能級，電子能夠在這些能級之間躍遷。而聲學原子同樣擁有離散的聲學能級，人們可利用電場驅動聲波在不同能級之間轉換，從而模擬真實原子的行為。

團隊在芯片上構建了一個由聲波組成的“人工原子”。借助這一器件，他們不僅能夠研究原子系統中的一些關鍵現象，還能夠探索利用聲波處理和傳輸信息的新方法。由於聲波傳播速度遠低於電磁波，因此更容易被精確控制和操縱，這使其成為構建新型信息處理系統的潛在選擇。

根據團隊設想，這種聲學原子器件未來可應用於更小型化的微波通信器件，實現更加高效的信號路由和濾波，同時也可用於模擬計算系統，通過聲波直接處理信息，減少對復雜數字運算的依賴。此外，它還有望成為量子硬件與外部設備之間的重要接口，並用於開發高靈敏度傳感器，提高對微弱信號和環境變化的探測能力。（記者張佳欣）