2026年3月26日——声子是机械振动的量子单元，描述了运动如何在最小尺度上通过固体传播，其作用类似于电子描述电流的方式。由于声子具有极高的稳定性和灵敏度，它们被广泛应用于量子科学与技术领域。

研究人员已能探测并控制单个声子，但关键在于如何使声子之间实现可预测且可调控的相互作用——这是构建量子计算机等复杂量子系统的核心要求。

相互作用在量子技术中至关重要。无论是感知微小力场还是处理信息，一个量子激发必须能影响另一个。实践中这需要非线性效应，即添加一个激发会改变系统对下一个激发的响应，而非各自独立运作。

机械系统因能长时间存储能量而备受关注，但声子通常呈线性激发且自发状态下互不干扰。这使得研究从控制单声子模式转向构建多声子协同器件面临挑战。

由EPFL的Pasquale Scarlino与查尔姆斯理工大学的Per Delsing合作领导的团队，通过研制一种集成机械振动与超导非线性电子器件的微加工芯片解决了该问题。他们将芯片上多个机械振动模式（器件内不同的振动模式）与约瑟夫森结阵列构建的超导非线性电路耦合，成功开发出多声子模式可同时与谐振器互动的“量子声学”器件。

器件设计

该器件在MyFab查尔姆斯实验室制备，包含两个核心组件：表面声波腔（将机械振动约束在固体表面，承载声子并形成离散机械模式）和可通过磁场调谐的超导微波谐振器。当机械模式与谐振器频率接近时，二者发生杂化，每个声子模式均从非线性电路中获得微弱贡献。

实现声子非线性

研究人员发现，非线性电路的微弱贡献足以引发声子模式相互作用。关键参数“参与比”量化了声子模式与超导谐振器的混合强度。通过实验直接提取该参数，该团队可同步预测能量损耗与相互作用强度。

基于此方法，研究人员测量了多组声子模式间的相互作用：激发一个模式会导致另一模式频率偏移（声子相互作用的明确证据）；在双光子驱动下还观察到机械模式在不同振动状态间切换的双稳态行为。

这项工作为工程化设计与表征相互作用的声子建立了通用实验框架。此类系统有望催生新型量子传感器，助力集体非线性机械现象研究，并为机械模式在量子信息处理中发挥主动作用的未来架构奠定基础。更广泛而言，该成果展示了量子声学器件如何突破单模式操作的局限。