哈佛大学搞出声波传数据芯片,抗干扰能力更强,适用于量子计算等
Pine发自凹非寺
量子位|公众号QbitAI现在 , 在芯片中也可以用声波传输数据了 。
看到这里你可能会疑惑:
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光学芯片不是还在发展中 , 怎么又出来个声学芯片?
其实 , 声学集成电路一直都在发展 , 声波相较于光来说速度会更慢 , 但这种“迟缓”的属性未尝不是一件好事——
在设计量子电路时 , 为了提升探测精度 , 需要不断引入新材料 , 让载波信号在尽量短的距离内“折返”以获取数据 。
如果用速度更快的光波 , “折返”一次所需的距离会更大 , 可能会超出现有设备能测量的范围 , 也限制了探测精度的进一步提升 。
因此 , 声学芯片一直是量子计算的研究方向之一 。
但在之前 , 声学芯片一度遭遇瓶颈 , 大部分芯片材料无法以低损耗、可扩展的方式控制声波 。
现在 , 哈佛大学的相关研究终于表明:
声波在芯片中传输数据也是有可能的 , 通过一种特殊的芯片结构 , 就能够很好地控制并传递声波 。
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那么这个声学芯片具体长啥样 , 咱们接着往下看 。
芯片中声波怎样传输数据?在传统的电学芯片中 , 用来传输数据的是电子 , 它通过像晶体管之类的元件进行调制 , 将输入的数据编码 , 输出0、1或者高、低电平 。
而在光子芯片中 , 它则是对光子进行调制 , 具体也就是将光子作为载波 , 用于传输信号源 。
传输的介质是一种叫“波导”的东西 , 它会给光子提供一个传输的狭窄通道 。
我们所要讲的声学芯片呢 , 原理和光学芯片差不多 。
用什么调制声波?在哈佛团队这篇研究中 , 他们展示了一种可扩展声-电平台 , 可以用来设计声学芯片 。
首先需要设计一个电-声调制器 , 它可以用来调制声波 。
电-声调制器 , 我们可以从它的名字中猜出它的作用:
就是通过施加电压来使波导(也就是传播介质)发生弹性响应 , 进而来调节声波的振幅、相位等 。
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因此 , 哈佛团队的电-声调制器是在一个集成的铌酸锂(LN)平台上制作的 , b图可以清楚地看到 , SiN在LN基板上沉积 , 中间形成了声波的波导 。
采用铌酸锂(LN)是因为其具备良好的压电性能 , 即施加电压LN会产生相应的弹性形变 。
接下来 , 我们来看看声波是从哪里来的 , 在调制之前经历了什么?
电-声调制器的两端 , 有两对叉指换能器(IDT) , 它的作用是实现声-电换能 , 可以用于电激发和检测微波声波 。
因为IDT的宽度大于声波波导的宽度 , 所以需要使用锥形波导结构将波耦合到声波波导中 。
最后 , 声波传入到波导之后 , 怎么来调制声波呢?
这时就需要一个电场 , 通过生成电压 , 调制声波 。
因此 , 在SiN上沉积了一层铝电极 , 在两个铝电极上接通电源 , 便产生一个电场 。
这便是“电-声调制器”的基本构造了 。
那它是如何通过对声波进行调制 , 来实现数据传输的呢?
如何调制声波以实现信号传输在波导中 , 声波是被直接调制的 。
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在调制电极上施加直流偏置电压时 , 图b可以观察到声波的相位移动了π/2 。
如果想要改变声波的振幅 , 该如何调制呢?
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