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标题: 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 [打印本页]

作者: 孙兆清 时间: 2023-1-9 12:56
标题: 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。
看到这里你可能会迷惑：

光学芯片不是还在发展中，怎么又出来个声学芯片？
实在，声学集成电路不停都在发展，声波相较于光来说速率会更慢，但这种“迟缓”的属性未尝不是一件功德——
在设计量子电路时，为了提升探测精度，需要不绝引入新材料，让载波信号在尽量短的间隔内“折返”以获取数据。
如果用速率更快的光波，“折返”一次所需的间隔会更大，可能会超出现有装备能丈量的范围，也限制了探测精度的进一步提升。
因此，声学芯片不停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，大部门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布局，就能够很好地控制并通报声波。

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（也就是流传介质）发生弹性相应，进而来调治声波的振幅、相位等。

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图可以清晰地看到，SiN在LN基板上沉积，中间形成了声波的波导。
采用铌酸锂(LN)是由于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。
由于IDT的宽度大于声波波导的宽度，所以需要利用锥形波导布局将波耦合到声波波导中。
末了，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”的根本构造了。
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。

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？
哈佛团队通过构建推拉布局中的声马赫-曾德尔干涉仪(MZI)来实现。
输入的声波在两个MZI臂之间被平均分割。施加在这两个波导上的电场方向相反，两个分裂波在每一臂上流传时的相位刚好是相反的。
可以结合这个图来看：

上面已经提到，通过改变施加在电极上的电压可以控制相位，随后，两个波重新结合时，振幅就会产生相应的改变。
除此之外，电-声调制器还可以进行声波的非互易调制。
基于非互易性的器件，是许多非传统量子计算、量子丈量和量子网络等特殊量子信息处理处罚协议中不可或缺的一部门。
声波的非互易性，就是指声波在介质中沿着相反的方向传输产生的损耗差异。
那声波的非互易性怎么依靠调制器来实现呢？

将调制电极分成三段，通过调整施加于每个电极上的调制信号的相对相位，来控制准移动电场的波数。
可以看图b，当调制信号在一个方向与移动声波相位匹配、但在相反方向不匹配时，便实现了非互易声波调制。
声学芯片研究的意义

电声调制器在低温兼容性、调制效率、制造简单性和可扩展性方面具有显着的上风，这使大规模集成的声学信息处理处罚体系成为可能。
相较于电磁波的芯片，声波芯片另有一些潜伏的上风，声波很轻易被限制在微小的波导布局中，且互不干扰，而且它们与体系的其他部门有很强的相互作用。
哈佛大学教授Marko Lonar也表示：

声波很有希望成为量子和经典信息处理处罚芯片上的信息载体。

如果你想更加深入地相识声学芯片的话，可以戳下文的论文链接相识。
论文地点：
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2101/2101.01626.pdf
参考链接：
[1]https://www.tweaktown.com/news/87151/brand-new-computer-chip-uses-sound-waves-for-data-not-electricity/index.html
[2]https://newatlas.com/computers/harvard-acoustic-computer-chip-sound-waves/
— 完 —
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