從中國科技大學獲悉，中國科學院院士郭光燦領導的中科院量子信息重點實驗室在基于碳納米管的納米機電系統（NEMS）方面取得系列重要進展。該實驗室固態量子芯片組郭國平研究組與清華大學姜開利研究組等合作并成功實現了兩個串聯碳納米管諧振器的強耦合、碳納米管諧振器中兩個模式的強耦合，并利用這種耦合實現了聲子的相干操控。相關成果分別發表在國際權威雜志《納米快報》和《納米尺度》上。

碳納米管由于其良好的電學性能、優異的力學性能，近年來被廣泛應用于納米機電系統的相關研究中，其在質量、微力、氣體、位移等物理量的測量方面也具有廣闊的應用前景。特別地，碳納米管諧振器的機械模式和單分子磁體、單電子電荷以及自旋等物理量具有較強的耦合，可以用來探索納米尺度下的物理現象，是一種品質優良的量子傳感器件。

在量子信息領域，納米諧振器中的聲子可以保持較長的相干時間，可以保持相干進行遠距離的傳輸，是一種良好的飛行量子比特，被認為是量子數據總線的候選者之一。圍繞探索聲子作為量子數據總線這一目標，郭國平研究組開展了多機械振子長程耦合方面的研究，并在碳納米管機械振子上首次實現了兩個串聯機械振子的強耦合，同時也觀測到了兩個機械振子分別和量子點的強耦合。該新型耦合機械振子器件為研究電子-聲子相干相互作用、電子長程耦合以及電子糾纏態提供了新的平臺。利用聲子作為飛行量子比特也為量子數據總線研究提供了新思路。

在實現了聲子的長程耦合、長程傳遞的基礎上，量子數據總線的研究還需要實現對聲子的相干操控。機械振動高階模式的研究對超靈敏傳感器、聲子的相干操控具有重要意義。目前國際上的多機械模式耦合的相關研究主要集中在百千赫茲的低頻諧振器，而要實現更靈敏的傳感器，實現更快的聲子操控，需要進一步提高諧振器的諧振頻率。

針對高頻聲子操控的難題，郭國平研究組發現單根碳納米管中不同方向的振動模式都可以工作在百兆赫茲量級，這兩個模式可以通過額外加入一個參量驅動來進行耦合，且通過調節驅動功率可以實現從弱耦合到強耦合的線性調控，這與理論計算的結果完全一致。研究組通過控制驅動微波的波形實現了機械振動中聲子的相干拉比操作，觀測到10次以上的拉比震蕩，是目前實驗上聲子操作次數的最大紀錄，此外拉比操作的頻率大于500千赫茲，比此前的相關報道高出兩個數量級。該研究成果發表在國際權威雜志《納米快報》上。

該系列工作得到了科技部、國家自然科學基金委、中科院和教育部的資助。 “通過一系列的手段將機械振動冷卻到量子基態之后，對聲子的相干操控將在量子傳感、量子信息領域具有廣闊的應用前景。”郭國平說。

電子發燒友網點評：

碳納米管由于其良好的電學性能、優異的力學性能，近年來被廣泛應用于納米機電系統（NEMS）的相關研究，在質量、微力、氣體、位移等物理量的測量方面也具有廣闊的應用前景。特別地，碳納米管諧振器的機械模式和單分子磁體、單電子電荷以及自旋等物理量具有較強的耦合，可以用來探索納米尺度下的物理現象，是一種品質優良的量子傳感器件。

當微機電系統（MEMS）的特征尺寸縮小到100納米以下時， 又被稱為納機電系統（NEMS， nano electro mechanical system）。 由于尺寸更小及納米結構所導致的新效應， NEMS 器件可以提供很多MEMS器件所不能提供的特性和功能， 例如超高頻率、低能耗、高靈敏度、對表面質量和吸附性前所未有的控制能力等。

MEMS傳感器作為國際競爭戰略的重要標志性產業，以其技術含量高、市場前景廣闊等特點備受世界各國的關注。

我國MEMS產業發展也面臨著重大機遇，特別是移動互聯網和物聯網的快速發展，將對MEMS產業產生深遠的影響，并將催生大量新的產品、新的應用，帶動MEMS產品在日常生活及工業生產中的普及化。

NEMS（納機電系統）是未來MEMS傳感器發展趨勢之一，近幾年， MEMS 與納米技術融合的步伐在加快。 一方面新的納米材料與納米加工技術越來越多地在MEMS技術中得到應用， 促進了微機電系統性能提高和新器件的涌現， 另一方面微納機電系統技術也提供了新的納米級三維加工手段， 催生了諸如NEMS繼電器等新型的IC 器件。

中國科學院院士在納米機電系統研究中取得系列進展，通過一系列的手段將機械振動冷卻到量子基態之后，對聲子的相干操控將在量子傳感、量子信息領域具有廣闊的應用前景。

這些成果必將提高我國NEMS（納機電系統）產品整體研發水平，助力中國MEMS產業躋身世界前列。