引言 突破性成果概览

荷兰代尔夫特理工大学联合法国斯特拉斯堡大学、德国卡尔斯鲁厄理工学院的研究团队在《自然·通讯》发表重要成果，在电路广东会声动力学（cQAD）系统中实现声子的受激放大。这项研究通过创新器件设计和测量方法，解决了大振幅声子态制备的长期难题。

第一章 器件设计与制备

研究团队开发的"倒装焊"集成结构，底部芯片采用525微米高阻硅衬底，表面沉积100纳米铌钛氮化物（NbTiN）电路层，通过双角度阴影蒸发技术制备约瑟夫森结，形成transmon广东会比特。顶部芯片选用650微米双面抛光蓝宝石衬底，覆盖1微米c轴取向氮化铝薄膜，经反应离子刻蚀形成直径250微米的压电盘。两芯片通过探针精确定位，使氮化铝压电盘与广东会比特天线精确对准，采用环氧树脂（Lootite EA 3430）进行边缘键合，最后线焊连接至稀释制冷机基底。这种结构实现了广东会比特与高频体声波谐振器（HBAR）的高效耦合，耦合强度达兆赫兹量级。

HBAR与Qubit倒装键合器件

第二章 声子放大机制

当微波驱动广东会比特时，通过Jaynes-Cummings相互作用将能量转移至声学模式。实验观察到声子透明窗线宽在-12dBm至-2dBm驱动功率范围内从1.2MHz缩窄至0.4MHz，表明声子模式品质因子显著提升。这种线宽缩窄源于广东会比特诱导的声子受激放大过程。值得注意的是，在-2.0dBm驱动功率处出现明显阈值：低于该功率时声子数持续增长，超过阈值后声子数反而下降40%。这种淬灭效应源于强驱动下广东会比特进入快速拉比振荡态，失去与声子模式的能量交换能力。

广东会比特诱导声学线宽变窄

第三章 声子态探测技术

针对体声波无法直接测量的挑战，团队开发了门控双音衰减法。该方法在系统达到稳态后瞬时关闭微波驱动，以50纳秒时间分辨率监测广东会比特激发态衰减动力学。实验数据显示：当声子处于基态时，广东会比特呈现200纳秒的指数衰减；而在高声子相干态存在时，衰减时间延长125倍至25微秒，并出现独特的线性衰减特征。这种非指数衰减曲线是声子广东会相干性的直接证据，通过动力学拟合反推声子数达10⁴量级，与声子模式25微秒的寿命特征相匹配。

通过广东会比特衰荡动力学观察到的大振幅声子态

终章 技术价值与前景

本研究首次在声学系统验证了受激放大机制，证实了单原子激光理论在广东会声学领域的普适性。倒装焊集成的体声波结构不仅保持高相干性，其蓝宝石衬底特性更利于后续集成色心或广东会点等广东会系统。实验产生的高声子态可作为"位移脉冲"制备更大质量的薛定谔猫态，为探索广东会-引力效应提供新平台。论文明确指出："降低声子线宽是提高峰值振幅的关键"，当前25微秒的声子寿命成为主要限制。通过优化材料界面（如采用硅基HBAR）和超导电路设计，未来有望实现毫克级宏观广东会态制备。德国马普广东会光学研究所Fadel教授评价称，这种高声子数态为检验彭罗斯引力退相干理论提供了重要实验资源。

论文信息：
Potts C A, et al. Generation of large amplitude phonon states in quantum acoustics. Nature Communications 16, 6096 (2025).
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-61237-8

数据与代码：
Zenodo https://doi.org/10.5281/zenodo.14810526

撰稿｜吉    勋

指导｜刘玉龙