当鼓手敲击鼓面时，鼓面会振动并产生声音——也就是我们所知的音乐信号。但一旦振动停止，信号就会消失。现在想象一下，一个极其纤薄的鼓面，宽度只有约10毫米，上面布满了微小的三角形孔洞。科学家们已经创造出了这样的鼓面，它发挥着非凡的作用。
氮化硅膜的放大图。颜色代表测量到的膜在平面外方向的运动。红色表示部分膜向上移动，蓝色表示部分膜向下移动。图片来源：Albert Schliesser 和 Xiang Xi
哥本哈根尼尔斯·玻尔研究所的研究人员与康斯坦茨大学和苏黎世联邦理工学院的团队合作，发现振动可以穿过这种微型薄膜，几乎不会损失任何能量。事实上，即使是最先进的电子电路，振动的传播也比信号更清晰。这项突破性进展最近发表在《自然》杂志上，它为我们传递声音和信息的方式开辟了新的可能性，尤其是在强大的新型量子技术的竞争中。
这项研究并非利用电，而是专注于声子——一种在固体材料中传播的微小振动。你可以把它们想象成穿过晶体或鼓面的声波。当原子振动时，它们会推动相邻的原子，从而产生携带信息的运动波。如果该波在传输过程中减弱或因高温或紊乱而变得混乱，则信息的恢复将变得更具挑战性，甚至不可能。
这种新型膜之所以如此令人兴奋，是因为其信号损失极小。研究人员发现，振动可以非常高效地穿过它。事实上，信号损失几乎为零。
即使振动必须绕过膜上的孔洞或改变方向，也只有大约百万分之一的声子会丢失。这比我们在电子电路中看到的要好得多，因为电路中的信号衰减速度通常会快十万倍。
这种精度水平可以使膜成为从量子计算机到高精度传感器等所有领域传输信息的强大新工具。
尼尔斯·玻尔研究所量子光力学研究小组的助理教授项曦和阿尔伯特·施利瑟教授成功实现振动在膜上几乎无损耗地传输。图片来源：尼尔斯·玻尔研究所
尼尔斯·玻尔研究所的研究人员、助理教授项曦和教授阿尔伯特·施利瑟解释说，这一结果不应被设想为未来的具体应用，但仍有丰富的可能性。目前，全球正在努力构建量子计算机，这种计算机依赖于其不同部件之间超精确的信号传输。
量子研究的另一个领域涉及传感器，例如，可以测量我们体内最小的生物波动——在这里，信号传输也至关重要。
但Xiang Xi和Albert Schliesser目前最感兴趣的是进一步探索可能性。“目前，我们想尝试这种方法，看看它能带来什么。例如，我们想构建更复杂的结构，看看如何让声子在其周围移动，或者构建一些结构，让声子像十字路口的汽车一样发生碰撞。这将使我们更好地理解最终的可能性以及它有哪些新的应用，”Albert Schliesser说道。正如人们所说：“基础研究是为了产生新知识。”
编译自/scitechdaily
