在日常经验中，一只被敲响的钟会逐渐停止振动，看起来这是一个连续的衰减过程。但在量子世界里，事情并不是这样的。量子力学预言，类似这样的机械振动系统，其振动能量并不是连续变化的，而是只能在离散的能态之间发生跃迁。这一现象早在20世纪初就已经被提出。
1986年，科学家首次在俘获离子中直接观察到这种跃迁；2007年，又在光子体系中观测到了类似现象。但声音的并不是单个粒子，而是大量原子集体振动的量子，因此要直接观察它的量子行为更加困难。
如今，在一项新发表于《科学》杂志的研究中，一个研究团队成功实现了这一点：他们首次直接观测到了机械共振器在第一激发态与基态之间发生的量子跃迁，也就是直接捕捉到声音的量子跃迁。为一段始于一百多年前的科学探索画上了重要的一笔。
声音的量子跃迁
在这项研究中，研究人员使用的是一种由薄膜铌酸锂制成的
共振器较长的
为了完成这项实验，研究人员还必须克服量子工程中的一个长期难题。量子系统是非常容易被测量本身扰动的，很多时候，“看一眼”系统，就会改变它原来的量子态。但这项实验要连续、反复的测量，才能知道量子跃迁究竟发生在什么时候，所以难点就在于：如何在不扰动脆弱量子态的情况下，从量子系统中读取信号。
为此，研究人员开发出了一种方法，将
最终，研究人员实时记录到了机械共振器在第一激发态和基态之间发生的量子跃迁。
从观测到应用
除了这一具有基础科学意义的观测之外，实时探测声音量子跃迁的能力，也可能为量子技术带来实际应用。首先，它可能服务于量子计算中的纠错。
与此同时，这种机械共振器与超导量子比特组成的平台还具有尺寸小、灵敏度高的特点，因此也适合用于高精度。研究团队已经开始探索利用这一平台探测并识别细胞内部的蛋白质。
从更长远的角度看，这项工作还展示了人们对声音进行精细控制能够达到怎样的尺度。声音本就是智能手机和大量电子设备中的基础技术之一，而当这种控制深入到单个声子的量子层面时，也可能为下一代声学器件和量子技术打开新的空间。
#参考来源：
https://humsci.stanford.edu/feature/researchers-observe-first-real-time-quantum-jump-sound
https://quantumzeitgeist.com/stanford-humanities-quantum-jump-sound-captures/
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aeh7535
#图片来源：
封面及首图素材来源：Erik Szakiel