超導電路光機械石墨烯晶格。圖片來源：瑞士洛桑聯邦理工學院

科技日報實習記者 張佳欣

瑞士洛桑聯邦理工學院基礎科學學院研究人員建造了第一個大型可配置的超導電路光學機械晶格，可克服量子光學機械系統的尺度挑戰。該團隊實現了光機械應變石墨烯晶格，并使用新的測量技術研究了非平凡的拓撲邊緣狀態。這項研究發表在最近的《自然》雜志上。

對微機械振蕩器的精確控制是許多當代技術的基礎，從傳感和定時到智能手機的射頻過濾器。腔光力學使科學家能夠利用電磁輻射壓力來控制介觀力學對象。這大大提高了人們對其量子性質的理解，使包括基態冷卻、量子壓縮和機械振子遠程糾纏在內的許多進展成為可能。

前沿理論研究曾預測，研究光學機械晶格有望帶來大量物理學和動力學方面的創新性發現，比如量子集體動力學和拓撲現象。但要在高度可控的條件下造出這種實驗性設備，構建可承載多耦合光學和機械自由度的光學機械晶格一直是個挑戰。

此次，研究人員開發了一種用于超導電路光學機械系統的新型納米制造技術，該技術具有高再現性和對單個設備參數的極其嚴格的公差，使他們能將不同的位置設計成幾乎完全相同，就像在自然晶格中一樣。

作為晶格單一位置的一部分，關鍵元件是所謂的“真空間隙鼓面電容器”，它由懸掛在硅襯底溝槽上的一層薄鋁膜制成。這構成了器件的振動部分，同時形成了一個帶有螺旋電感的諧振微波電路。

石墨烯晶格具有非平凡的拓撲特性和局部邊緣狀態。研究人員在他們所謂的“光機械石墨烯薄片”中觀察到了這種狀態，該薄片由24個位點組成。該團隊的測量結果與理論預測非常吻合，表明他們的新設備是研究一維和二維晶格拓撲物理的可靠實驗平臺。

光機械晶格的演示不僅提供了在真實的凝聚態晶格模型中研究多體物理的途徑，而且當與超導量子比特相結合時，還有望帶來一種新型混合量子系統。