研究人员开发出一种超薄鼓面状薄膜，可使声信号（即声子）在其中以极低的损耗传播，其性能甚至优于电子电路。这种近乎无损耗的振动为实现量子计算机或超灵敏生物传感器等系统中的信息传递开辟了新的途径。
想象一下，一个厚度仅约10毫米的超薄鼓膜，其表面密布着大量三角形孔洞。
哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所与康斯坦茨大学、苏黎世联邦理工学院的联合研究团队成功实现了振动信号在该薄膜表面近乎无损的传播。其信号损耗甚至远低于传统电子电路处理系统。该研究成果已发表于《自然》杂志。
声子——固体材料中传播的声信号或振动
信号载体为声子，即固体材料中原子的集体振动现象。原子通过振动相互耦合作用，使信号得以在介质中传播。在此过程中，信号损耗成为关键挑战——若振幅衰减或能量转化为热能及无序振动，将导致信号解码失败。
系统可靠性至关重要
研究人员实现了信号在膜表面的超低损耗传输：当声波绕行膜面三角孔洞并改变传播方向时，振幅损耗仅约百万分之一。相比之下，类似电子电路中电流振幅的衰减速率快十万倍以上。
基础研究与应用前景
该团队助理教授项曦与Albert Schliesser教授指出，这项突破虽属基础研究，但蕴含广阔应用场景：
- 量子计算互联：全球量子计算机研发需要超精密信号传输系统，该薄膜可构建量子比特间的高保真连接；
- 生物传感革新：用于检测人体微弱生物信号的高灵敏度量子传感器，其信号传递质量直接影响检测精度；
- 新型声学器件：研究团队计划构建复杂声学结构，探索声子碰撞、路径调控等基础物理现象，为声学超材料设计提供新范式。
Schliesser教授特别强调："我们正尝试建立声子'交通枢纽'，模拟类似车辆在十字路口的交互行为，这将深化对量子声学传输极限的认知"。这种基于声子工程的基础研究，为未来开发超低功耗通信器件、高精度传感器件奠定了物理基础。