現在，在芯片中也可以(yi)用聲波(bo)傳輸數據了。
看到這里你可能(neng)會疑惑：
光(guang)學(xue)芯片不(bu)是還在(zai)發(fa)展中，怎么又出(chu)來個聲學(xue)芯片？
其實，聲學集(ji)成電路一直都在(zai)發展，聲波相較于光(guang)來說速(su)度會(hui)更慢，但(dan)這種“遲(chi)緩”的屬性未嘗不(bu)是一件好事——
在設計量(liang)子電路時，為了提(ti)升(sheng)探(tan)測精度，需要不斷引入(ru)新材料，讓載波信號在盡量(liang)短的距離內(nei)“折返”以獲取(qu)數據。
如果用速度(du)更快的光波(bo)，“折返”一次所需的距離會更大，可能會超(chao)出現(xian)有設備能測(ce)(ce)量(liang)的范圍，也限制(zhi)了探(tan)測(ce)(ce)精度(du)的進一步提升。
因此，聲學芯(xin)片一(yi)直是量子計算的研究方向(xiang)之一(yi)。
但在之前(qian)，聲學芯片一度遭遇瓶頸，大部分芯片材料無法(fa)以低損耗、可(ke)擴展(zhan)的(de)方(fang)式(shi)控制(zhi)聲波。
現(xian)在(zai)，哈佛大學的(de)相關研究終于表明：
聲(sheng)波(bo)在芯片中傳輸(shu)數據(ju)也是有可能的，通過(guo)一種特殊(shu)的芯片結構(gou)，就能夠很好地(di)控制并傳遞聲(sheng)波(bo)。
那么這個聲學(xue)芯片具體長啥樣，咱(zan)們接著往下看。
芯片中聲波怎樣傳輸數據？
在傳統的電學芯片中，用來(lai)傳輸(shu)數據的是電子，它通過像晶體管(guan)之類的元件進(jin)行調制，將輸(shu)入的數據編碼，輸(shu)出0、1或者高、低(di)電平。
而在光子(zi)(zi)芯片中(zhong)，它則是對光子(zi)(zi)進行調制，具體也就(jiu)是將光子(zi)(zi)作為(wei)載波，用于(yu)傳輸信號源。
傳(chuan)輸的(de)介(jie)質是一種叫“波導”的(de)東西，它(ta)會給光子提供一個傳(chuan)輸的(de)狹窄通道。
我們所(suo)要講的聲學芯(xin)片(pian)呢，原(yuan)理和光學芯(xin)片(pian)差(cha)不多。
用什么調制聲波？
在哈佛團隊這(zhe)篇研究中，他(ta)們展(zhan)示了一種(zhong)可擴展(zhan)聲-電平臺(tai)，可以(yi)用來設(she)計聲學芯片(pian)。
首先(xian)需(xu)要設計一個電-聲(sheng)調制(zhi)器，它可以用來調制(zhi)聲(sheng)波。
電-聲(sheng)調(diao)制器(qi)，我們可以從它的(de)名(ming)字(zi)中猜出它的(de)作用：
就是通過施加電壓來使波導（也就(jiu)是傳播(bo)介(jie)質(zhi)）發生彈性響應，進而來(lai)調節聲波的(de)振幅、相位等。
因此，哈佛團隊的電-聲調制器是在一個集成的鈮酸鋰(LN)平臺(tai)上(shang)制作的，b圖可以清(qing)楚地看到(dao)，SiN在LN基(ji)板上(shang)沉積，中間(jian)形成了聲波(bo)的波(bo)導。
采用鈮酸鋰(LN)是因為(wei)其具備良好的壓(ya)電性能，即施加電壓(ya)LN會(hui)產生(sheng)相應(ying)的彈(dan)性形變。
接下來，我們來看看聲波是從哪里來的，在(zai)調制之(zhi)前經歷(li)了什(shen)么？
電-聲調制器的兩端，有兩對叉指換能器（IDT），它的作(zuo)用(yong)是實現(xian)聲(sheng)-電換能，可以用(yong)于電激發和檢測(ce)微波聲(sheng)波。
因為(wei)IDT的寬(kuan)度大于聲(sheng)波(bo)波(bo)導的寬(kuan)度，所以需要使用錐形波(bo)導結構將波(bo)耦(ou)合到聲(sheng)波(bo)波(bo)導中。
最后，聲波傳入(ru)到波導之后(hou)，怎么(me)來調制聲波呢(ni)？
這時就(jiu)需要一個(ge)電(dian)場，通(tong)過生成電(dian)壓，調制(zhi)聲波。
因此，在SiN上(shang)沉積了(le)一層鋁電(dian)(dian)極，在兩個(ge)(ge)鋁電(dian)(dian)極上(shang)接通電(dian)(dian)源，便產(chan)生一個(ge)(ge)電(dian)(dian)場。
這便是“電-聲調制器”的基本構(gou)造了。
那它是如何(he)通過對聲(sheng)波進行(xing)調制(zhi)，來實現數(shu)據傳輸的呢(ni)？
如何調制聲波以實現信號傳輸
在(zai)波(bo)(bo)導中，聲波(bo)(bo)是被直接調(diao)制的。
在調制電極上施加直流偏置電壓時，圖b可以觀察到聲波的相(xiang)位移動了π/2。
如果想要改變聲波的振幅，該如何調制呢？
哈佛團隊通過構建推拉結構中的聲馬赫-曾德爾干涉儀(MZI)來實現。
輸入的聲波在兩(liang)個MZI臂之(zhi)間被平(ping)均分(fen)割。施加在這兩(liang)個波導(dao)上的電場(chang)方向(xiang)相(xiang)(xiang)反，兩(liang)個分(fen)裂波在每一臂上傳(chuan)播時的相(xiang)(xiang)位剛好(hao)是相(xiang)(xiang)反的。
可(ke)以結合這個圖來看：
上面已經提到，通過改(gai)變施加在電極上的電壓可以控(kong)制相(xiang)位，隨后，兩個波重新結(jie)合時，振(zhen)幅就會(hui)產生相(xiang)應的改(gai)變。
除此之外，電-聲調制器還可以進行聲波的非互易調制。
基(ji)于非互(hu)易性的器件，是(shi)很多非傳統量(liang)子計算、量(liang)子測量(liang)和量(liang)子網絡等特殊量(liang)子信息處理(li)協議中不可或(huo)缺的一部分。
聲波(bo)的(de)非(fei)互易性(xing)，就是指聲波(bo)在介質中沿著相反(fan)的(de)方向傳輸產(chan)生(sheng)的(de)損耗不同(tong)。
那聲(sheng)波的非互易性怎么依靠調(diao)制器來實(shi)現呢？
將調制(zhi)(zhi)電(dian)極(ji)分成三(san)段，通過調整施加于每個電(dian)極(ji)上的調制(zhi)(zhi)信號的相對相位，來控制(zhi)(zhi)準移動電(dian)場的波數(shu)。
可以看(kan)圖b，當調(diao)制信(xin)號在一個方(fang)向與移動聲波相位匹配、但(dan)在相反方(fang)向不匹配時(shi)，便實現了非(fei)互易聲波調(diao)制。
聲學芯片研究的意義
電(dian)聲調(diao)制器在低(di)溫兼容(rong)性(xing)(xing)、調(diao)制效率、制造(zao)簡(jian)單性(xing)(xing)和可擴展性(xing)(xing)方面具有顯著(zhu)的優勢(shi)，這使大(da)規模集成的聲學信息處(chu)理系(xi)統成為可能。
相(xiang)較于電(dian)磁波(bo)的(de)芯片，聲(sheng)波(bo)芯片還(huan)有一(yi)些潛在的(de)優勢，聲(sheng)波(bo)很容(rong)易被限制(zhi)在微小的(de)波(bo)導結構中，且互(hu)不干(gan)擾，并且它(ta)們(men)與系統的(de)其他部分有很強(qiang)的(de)相(xiang)互(hu)作用。
哈佛大學教授Marko Lon?ar也表(biao)示：
聲波很有希望(wang)成為量子和經典信息處理芯片(pian)上的(de)信息載體。
如(ru)果你想更加深入地了解聲學芯片的話，可以戳下文的論文鏈(lian)接了解。
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