哈佛大学研制出声波数据传输芯片，抗干扰能力更强，适用于量子计算等新兴领域。现在，也可以使用声波在芯片中传输数据。看到这里，你可能会疑惑：光学芯片不是还在研发中吗，怎么又多了一个声学芯片呢？事实上，声学集成电路一直在发展。与光相比，声波的速度会慢一些，但这种“慢”的属性并不是坏事。在设计量子电路时，为了提高检测精度，需要不断引入新材料，让载波信号在尽可能短的距离内“折返”，从而获取数据。如果使用更快的光波，“返回”一次所需的距离会更大，这可能会超出现有设备可以测量的范围，也限制了检测精度的进一步提高。因此，声学芯片一直是量子计算的研究方向之一。但此前，声学芯片曾遇到瓶颈，大部分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，声波也可以在芯片中传输数据，并且通过特殊的芯片结构，可以很好地控制和传输声波。那么这款声学芯片到底长什么样呢，下面我们一起来看看吧。声波如何在芯片中传输数据？在传统电子芯片中，电子用于传输数据，通过晶体管等元件进行调制，对输入数据进行编码，输出0、1或高低电平。在光子芯片中，它调制光子，具体是利用光子作为载体来传输信号源。传输介质是一种叫做“波导”的东西，它为光子传播提供了一个狭窄的通道。我们要讲的声学芯片的原理和光学芯片是类似的。什么用来调制声波？在这项研究中，哈佛团队展示了一个可扩展的声电平台，可用于设计声学芯片。首先，需要设计一个电声调制器，可以用来调制声波。电声调制器，我们从名字就可以猜到它的作用：它是通过施加电压使波导（即传播介质）产生弹性响应，进而调节声波的振幅和相位。因此，哈佛团队的电声调制器是在集成铌酸锂（LN）平台上制造的。从图b中可以清楚地看到，SiN沉积在LN衬底上，在中间形成声波导。使用铌酸锂（LN）是因为它具有良好的压电特性，即施加电压LN会产生相应的弹性变形。接下来，我们就来看看声波是从哪里来的，在调制之前发生了什么？在电声调制器的两端，有两对叉指换能器（IDT），用于实现声电转换，可用于微波声波的电激发和检测。由于IDT的宽度大于声波导的宽度，因此需要锥形波导结构将波耦合到声波导中。最后，声波引入波导后，如何调制声波呢？这需要一个电场，该电场通过产生电压来调制声波。因此，在SiN上沉积一层铝电极，通过将电源连接到两个铝电极来产生电场。这就是“电声调制器”的基本结构。那么它是如何通过调制声波来实现数据传输的呢？如何调制声波以进行信号传输在波导中，直接调制声波。当向调制电极施加直流偏置电压时，可以在图b中观察到声波的相位偏移了π/2。如果你想改变声波的振幅，你如何调制它？哈佛团队通过构建推挽配置的声学马赫-曾德尔干涉仪(MZI)实现了这一目标。传入的声波在两个MZI臂之间平均分配。施加在两个波导上的电场方向相反，在每个臂上传播的两个分裂波的相位正好相反。结合这张图可以看出：如前所述，可以通过改变施加在电极上的电压来控制相位，然后当两个波重新结合时，振幅就会随之改变。此外，电声调制器还可以对声波进行非互易调制。基于非互易性的设备是许多特殊量子信息处理协议的组成部分，例如非传统量子计算、量子测量和量子网络。声波的非互易性是指声波在介质中沿相反方向传播所造成的损失是不同的。调制器如何实现声波的非互易性？调制电极分为三段，通过调节施加在各电极上的调制信号的相对相位来控制准移动电场的波数。从图b中可以看出，当调制信号在一个方向上与移动声波相位匹配时，可以实现非互易声学调制，但在相反方向上则不匹配。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优势，可实现大规模集成声学信息处理系统。与电磁波芯片相比，声波芯片也有一些潜在的优势。声波很容易被限制在微小的波导结构中而不会相互干扰，并且它们与系统的其他部分相互作用强烈。哈佛大学教授马尔科·隆萨尔也表示，声波作为量子和经典信息处理芯片上的信息载体非常有前途。如果您想了解更多关于声学芯片的信息，可以点击下面的论文链接。论文地址：https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2101/2101.01626.pdf
