隨著納米技術的快速發展，人們發現可以利用表面聲波、納米諧振子等器件來產生、傳遞和操控少數甚至是單個聲子，並探索其在經典和量子信息處理方面的應用，其中諸多應用均需要以實現不同諧振模式之間的相干操控為前提。空間上近鄰耦合諧振子聲子模式的研究，國際上已有報導，但不相鄰聲子模式之間長程可控的相干信息傳遞仍然是國際上一個尚未攻克的挑戰。
針對這一難題，郭國平教授研究組圍繞納米諧振子中的聲子模式操控，在之前取得的近鄰諧振子及其相干操控的系列進展（Nano Lett.16, 5456 （2016）；Nano Lett.17, 915（2017））和靜態電學可調非近鄰諧振子耦合的工作（Nat. Commun. 9, 383 （2018））基礎上，設計製備了三個石墨烯納米諧振子串聯耦合器件。
利用石墨烯優異的電學和力學性能，實現了以中間諧振子作為傳遞媒介，兩端非近鄰諧振子聲子模式之間的可調強耦合。通過樣品結構和測量方案的優化，耦合強度和品質因數相比於之前的工作分別有一個和兩個量級的提升，協同係數達到107，比國際上已報導的結果高出數個量級。在同時實現可調性能強、耦合強度高、相干性能好的基礎上，課題組演示了非近鄰諧振子聲子模式的Rabi振蕩、Ramsey幹涉及其電學調控性能。
該工作首次在實驗上實現非近鄰聲子模式之間的可控相干操控，為進一步利用納米諧振子器件中的聲子模式來進行信息的相干存儲和相干傳遞創造了條件，拓展了基於納米聲學的聲光電一體化器件的可能性。
該研究成果不僅證明了非近鄰聲子之間的信息傳遞，而且為基於聲子的可擴展信息處理提供了基礎。隨著基態冷卻技術的進一步發展，該成果也將為量子區域聲子態的電學操控，以及基於聲子體系的新型雜化量子信息器件的研發提供新的途徑。
相關研究成果以Coherent phonon dynamics in spatially separated graphene mechanical resonators為題，發表在3月2日出版的《美國科學院院報》（PNAS）上。（吳慧珺）
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本文源自中國金融信息網