
难道光子就可以吗?很明显光子的调控难度是大于声子的,声子好歹还可以调色散关系,光子能调的东西太少了。
所谓量子计算,首先你得有一个外场能轻易调控它,这样才能有信息的输入和输出。比如冷原子的光场,超导芯片的微波,可调的参数空间都很大。
光本身就是一个场,在它外面再搞一个场来调控它,就很难。目前常用的,比如偏振态、磁光科尔这些,可调空间都很小。
不仅是要有外场,还得有相互作用。核磁为什么不好,就因为太孤立了,缺少相互作用,纠缠起不来。里德堡原子的最大优势,就是原子大小连续可调,所以相互作用的强弱也是连续可调的。
光子相互之间不存在直接相互作用,间接相互作用的引入,很容易产生破坏性效果。量子计算是一门妥协的艺术,既要相互作用强,纠缠大,又要相互作用弱,退相干慢。把光子放到微腔里去和半导体一作用,相干性就很难保证。
声子本质上是原子,它比光的最大优势在于容易调控,可以用晶体场去调它。电声相互作用也强,可以诱导出声子间的直接相互作用,作为量子信息载体的原则性问题是不存在的。
经常讲,人体本身就是一台量子计算机,神经元中信息的主要载体就是相干的声子。从仿生学的角度,仿照神经元的方式实现声子计算机,未必不可能。
前些年,热二极管、热三极管也火过一阵子。后来又转到声子晶体,用人工超材料来做。另一个一直有人在做的方向是热电,自旋Seebeck。拓扑绝缘体也是从热电来。
核心问题还是热的量子化问题,这个不解决,就没法谈怎么把热(声子)拿来做量子计算。
其实,光子也好,声子也罢,非相干的时候就是经典的热,有相干性了就是量子信息。量子计算机的本质是量子热机,核心的工质还是热,量子化了的热。你无论用量子自由能、量子纠缠熵、量子相干性来表达量子计算的资源,它的本质始终没变,就是热。
非相干光本质上也是热,但因为人类对于光的理解和使用要比固体中的声子早得多,也成熟得多,做不做得成是一目了然的事情。而声子则是前人留下来的未解之谜,属于我们这一代人的红利。
我们现在的固体物理对于声子的理解,基本还是爱因斯坦、德拜那一套,一百多年前的半经典理论。我们的固体材料已经发展得如此丰富,人工材料一大堆,声子模型还在用德拜模型,显然不合适。所以我一直说,像高温超导这样长时间解决不了的问题,你得想想是不是基础定义就不对。那个温度是你说的那个温度吗?那个声子是你说的那个声子吗?
量子计算也是一个好的契机,来帮我们重新认识现代物理学的最后一块拼图,热和声子到底是什么。
