雷根斯堡大學物理學家將一種大分子碳納米管的振動，耦合到微波腔中，創造了一種新穎高度小型化的光學機械系統。安德烈亞斯·K·胡特爾博士團隊通過使用電荷的量子化，即電荷由單電子攜帶，作為一種強大的放大機制，實現了這一點，其研究發現發表在《自然通訊》期刊上。它們代表了將完全不同的量子技術結合在一個設備中的重要一步（例如電子自旋量子比特和超導量子比特）。
正常情況下，將碳納米管等大分子的振動與微波耦合是很困難的。為什麼？因為在量子計算或腔量子電動力學設備中使用的電磁波長，工作在GHz頻率，在毫米範圍內。一個典型的納米管裝置，既可用於捕獲已知量子態的電子，也可用作振動諧振器，長度不到一微米，振動幅度低於一納米。由於尺寸的不匹配，納米管的運動，並不會對微波腔的電磁場產生太大影響，用標準光學力學理論預測耦合是最小的。
儘管如此，實現這樣的耦合並控制它，而不會將納米管驅動到很大的振動幅度，從許多方面來說都是一個有吸引力的想法。納米管是一種優秀的弦諧振器，可以長時間儲存能量；它的振動可以用來在根本不同的自由度之間轉換量子信息。單阱電子和超導微波電路都是量子計算體系結構的熱門候選者。研究表明，與簡單的幾何預測相比，振動和電磁場這兩個系統之間的相互作用，可以放大到原來的10000倍。
這是通過使用所謂的量子電容來實現：電流由離散的電子攜帶，這意味著給非常小的電容器(如納米管)充電不是連續發生的，而是分步驟進行。通過在階躍曲線上選擇工作點，實現了光機耦合的可控性，並可快速通斷。目前正在芬蘭阿爾託大學從事研究的胡特爾博士說：我們實施了一種所謂色散耦合光學機械系統，一方面，由於機械部分的微型化和單電子效應，該系統新穎而令人興奮。
另一方面，由於存在大量關於較大(最大到宏觀尺度)的光學機械系統理論和實驗研究，這一點是眾所周知的。光機相互作用可以用來冷卻振動，以高靈敏度的方式檢測振動，放大信號，甚至可以任意製備量子態。研究結果表明，在不久的將來，可以實現對弦狀納米管振動的量子控制。這使得它作為一種量子交換機非常有吸引力，結合了非常不同的量子現象。
博科園｜研究/來自：雷根斯堡大學
參考期刊《自然通訊》
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