未来的电声芯片组和量子通信的新模式

LINBO SHAO/HARVARD SEAS

声学设备现在在移动电话和其他电子产品中发挥着关键作用，但这些设备通常被动地控制声波。现在，科学家们首次开发出一种方法，可以对芯片上的声波进行电气控制和积极修改，有一天可能会实现更复杂的声学电路。

现代手机拥有数十种基于压电晶体的声学设备，可以将电信号转换为声波，反之亦然。这些部件通常用于操纵在固体材料表面产生波纹的声波。

声波以声速传播，使其比相同频率的电磁信号慢得多。然而，它们也具有更短的波长。例如，与千兆赫兹电磁波相比，声波的波长缩短了五个数量级。

声波的波长相对较短，这意味着它们通常易于在超小型设备中使用。声表面波（SAW）滤波器通常用于移动电话中，以帮助从击中其天线的所有无线电波中提取所需的信号。

然而，大多数声学设备都是无源元件。现在，科学家已经开发出一种电动控制和调整SAW的方法。这也许有一天会为更复杂的基于声音的设备打开大门，例如声学集成电路。

在一项新的研究中，研究人员对压电材料铌酸锂进行了实验。当他们对其施加电场时，他们可以改变铌酸锂的弹性，即由于电声效应而在机械压力下变形的程度。通过这种方式，他们可以控制在铌酸锂上波动的千兆赫兹声表面波的相位、幅度和频率。

科学家们不仅表明他们可以在室温下操纵声波，而且可以在高于绝对零度几千分之一的毫开尔文温度下操纵声波。“大多数半导体器件不能在这种温度下工作，但我们的器件工作良好，”该研究的主要作者、布莱克斯堡弗吉尼亚理工学院的Linbo Shao说。

这些发现表明，这一突破可能会在量子计算中找到应用，量子计算通常需要非常冷的温度来阻止热量干扰其工作。先前的研究表明，声子声能脉冲可能有助于在量子计算机所依赖的量子位或量子位组件之间传递信息。

研究人员现在正致力于制造更复杂、更大规模的声学设备。

“我们设想了一个声波集成电路的硬件平台，它可以潜在地用于微波信号处理和量子电路，”Shao说。

科学家们上个月在《自然电子学》杂志上详细介绍了他们的发现。