弗吉尼亚理工大学的一个研究小组开发了一种声学原子，这是一种芯片级设备，可以捕获和控制声波以模仿原子的行为。
该研究由助理教授 Limbo Hsiao 和来自该大学布拉德利电气与计算机工程系、电力电子系统中心、物理系、量子信息科学与工程中心和橡树岭国家实验室的合作者领导。原子电子跳跃的能级被声波再现，能级之间的跃迁由电场驱动。
与电磁波不同，声波被限制在微小区域内，可以长时间保留信息和能量。应用包括微波通信组件、信号传输和滤波、模拟计算、与量子硬件的接口以及高灵敏度传感。纸张是2026年6月3日发表于《物理评论快报》。
【编辑部评论】
首先，让我们总结一下这个“声学原子”所取得的成就。研究小组将声波捕获在由铌酸锂材料制成的“声子晶体谐振器”中，并通过在那里施加电信号，他们成功地使声波在能级之间移动，就像原子的电子在能级之间跳跃一样。关键在于，芯片上再现的是原子的“行为”，而不是原子本身。
这里的关键是声波的短波长。根据萧助理教授过去的研究，穿过固体的声波的波长比相同频率的电磁波的波长短约五个数量级。这意味着相同的功能可以被封装到更小的区域中。除了能够长时间保留信息的能力之外，这是“瘦身”和“节能”的基础。
虽然新闻稿只谈论了应用方向，但原始论文（arXiv：2510.27496）包含了具体的经验数据。研究小组观察了两种声学模式之间的奥特勒-汤斯分裂、交流斯塔克频移和拉比振荡（这些都是核物理中常见的现象），并获得了最大4.18的协同性。据悉，该系统已进一步扩展至三种模式，实现最大间隔20dB的不可逆变频。
技术术语很多，但要点是“我们能够在廉价且易于处理的声波阶段重现原子和量子比特中发生的现象。”这就是它的意思。这表明有可能用更熟悉的条件来模仿或替换一些需要极低温度或真空条件的量子系统。
影响范围之广令人惊讶。因为它是已在无数智能手机和基站中使用的声学滤波器（SAW 滤波器）的扩展，我们能够在“近期”的小型化 5G/6G 通信组件和“遥远的未来”的量子硬件连接之间架起一座桥梁。
积极的方面是降低功耗和占地面积。我们可以看到一条使通信设备、传感器、医学成像和 GPS 等支持我们日常生活的设备变得更小、更节能的道路。模拟声学计算的想法也是对当前使用电子电路处理一切事物的常识的安静反思。
另一方面，不要期望太多。正如萧助理教授本人所坦言的那样，“要将其降低到单个声子的水平，还有很长的路要走。”在此阶段，这是由经典微波源驱动的实验室级结果。我们需要冷静地接受，量子人工智能的应用只是作为一种长期可能性而被谈论。
从监管角度来看，现在还不是质疑这一点的阶段。然而，这些声学和声子技术接近与安全直接相关的领域，例如通信和量子计算，并且有可能成为未来出口管制和供应链讨论的主题，包括铌酸锂薄膜的制造基础设施。
从长远来看，这项研究的有趣之处在于“用人造结构模仿原子，自然界最基本的单位”的想法有许多研究利用光来模拟原子，但这种使用声音的方法值得关注，声音是一种较慢、更容易限制的波，因为它为计算增加了另一种选择。
【术语解释】
音响原子（acoustic atom）
一种芯片上的设备，可人工再现声波（声子）原子的“抖动能级”。它的独特之处在于它不是真正的原子，而是模仿其行为。
声子晶体
允许或阻挡声波（声子）的周期性精细结构。光子晶体的声波版本，可以控制光，允许特定频率的声波被限制在狭窄的区域内。
铌酸锂
具有强压电性（电压和机械振动相互转换的能力）的材料。它用作使用电信号驱动和控制声波的舞台。
声子
使用量子力学将穿过固体的振动（声波）解释为粒子。这个概念对应于光中的光子。
微波
用于通信和雷达的高频电磁波。在这项研究中，经典微波被用作驱动声波的信号源。
能级
原子内电子可以采取的离散能级。电子在这些阶段之间跳跃（跃迁）。
协同性（cooperativity）
该指数显示两个系统的耦合程度以及相互作用克服噪声的能力。该值越高，可控性越好，本研究取得了最大值4.18。
拉比振荡
系统因外部信号而周期性地在两种状态之间来回移动的现象。它是控制量子比特的基础。
模拟计算
一种使用连续物理量（在本例中为声波）而不是对 0 和 1 进行数字处理的计算方法。存在可以以低功耗高速执行特定处理的可能性。
单声子
声波的能量被缩小到无法分割的最小单位的状态。一旦我们达到这一点，真正的量子控制就成为可能。
[参考链接]
弗吉尼亚理工大学（外部）
美国弗吉尼亚州的一所州立大学领导了这项研究。它是一所在工程和先进技术领域具有优势的研究型大学。
布拉德利电气与计算机工程系（外部）
萧助理教授所属电气与计算机工程系。这是本次研究的重点部门。
量子信息科学与工程中心（VTQ）（外部）
弗吉尼亚理工大学量子信息科学与工程研究中心。设想在量子技术的应用和开发方面进行合作。
橡树岭国家实验室（外部）
这是美国能源部下属的一家国家研究机构，合作创建了这项研究的设备。
物理评论快报（外部）
发表这项研究的美国物理学会同行评审学术期刊。它是物理学领域最负盛名的突发新闻杂志之一。
arXiv（原始论文预印本）（外部）
本研究的预印本。它包括该版本中未找到的定量数据，例如 4.18 的协同性和 20 dB 的分辨率。
邵林波实验室（教师简介）（外部）
领导这项研究的助理教授林博·肖的官方简介。您还可以查看过去声波器件研究的成果。
[参考文章]
芯片级“声原子”控制声波模仿原子能级（Phys.org）（外部）
科学新闻转载自弗吉尼亚理工大学的公告。文章末尾明确提供了原始论文 arXiv 版本的链接。
使用铌酸锂声子晶体谐振器的片上腔电声（arXiv）（外部）
研究团队自己的原创论文。将描述协同性为4.18、分离度为20dB的非互易变频等演示数据。
声波模仿原子行为推动计算进步（Bioengineer.org）（外部）
解释研究的技术媒体。它提供了铌酸锂的材料特性和谐振器的Q值等背景信息。
使用声子晶体带隙边缘模式的低相位噪声表面声波振荡器（arXiv）（外部）
相关研究来自同一个肖实验室。我们证明谐振器可以安装在 0.05mm² 以内，支持小型化论点。
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[编者后记]
事实上，智能手机已经挤满了无数使用声波来分类信号的小部件。这次的“声学原子”是这个想法的延伸，但它也是模仿原子行为的尝试。
您对使用“声音”而不是光来创建未来计算机的想法有何看法？让我们一起想象一下我们周围的哪些设备可以通过这项技术改变。我们仍在寻找答案。