微波减肥振动器

雷根斯堡大学的物理学家将大分子碳纳米管的振动耦合到微波腔中，创建了一个新颖的高度小型化的光学机械系统。Andreas K. Hurtl博士的团队通过利用电荷的量子化，即电荷由单个电子携带，作为一种强大的放大机制来实现这一点，其研究成果发表在《自然通讯》杂志上。它们代表了将完全不同的量子技术结合在一个设备中的重要一步(例如电子自旋量子比特和超导量子比特)。

一般情况下，碳纳米管等大分子的振动与微波耦合是非常困难的。为什么？因为量子计算或腔量子电动力学设备使用的电磁波长工作在GHz频率，在毫米范围内。典型的纳米管器件不仅可以用来捕获具有已知量子态的电子，还可以用作振动谐振器，长度小于1微米，振幅小于1纳米。由于尺寸不匹配，纳米管的移动不会对微波腔的电磁场产生太大影响，标准光力学理论预测的耦合最小。

然而，在许多方面，实现这种耦合并控制它而不驱动纳米管到大的振动幅度是一个有吸引力的想法。纳米管是一种优秀的弦谐振器，可以长时间储存能量。它的振动可以用来在根本不同的自由度之间转换量子信息。单阱电子和超导微波电路是量子计算架构的热门候选。研究表明，与简单的几何预测相比，振动与电磁场的相互作用可以放大到10000倍。

这是通过使用所谓的量子电容器来实现的:电流由离散的电子携带，这意味着对非常小的电容器(如纳米管)充电不是连续发生的，而是分步进行的。通过选择阶跃曲线上的工作点，实现了光机电耦合的可控性，并且可以快速开启和关闭。目前在芬兰阿尔托大学从事研究的Hurtl博士说:我们实现了一个所谓的色散耦合光学机械系统。一方面，由于机械部分的小型化和单电子效应，该系统新颖而令人兴奋。

另一方面，众所周知，对于大尺度(直至宏观尺度)的光学机械系统，已经有了大量的理论和实验研究。光-机械相互作用可以用来冷却振动，以高灵敏度的方式检测振动，放大信号，甚至可以随意制备量子态。结果表明，在不久的将来，可以实现对线状纳米管振动的量子控制。这使得它作为一个量子开关非常有吸引力，它结合了非常不同的量子现象。