光机械模拟石墨烯晶格

微机械振荡器的精确控制是许多现代技术的基础，从传感和定时到智能手机中的射频滤波器。近十年来，第一次发展浪潮中的原子、分子和离子，以及第二次量子革命中的超导电路，已经牢固地确立了机械系统的量子控制。

这尤其是由腔光机械催化的。该场使我们能够用电磁辐射压力控制细观机械物体。这大大提高了我们对其量子性质的理解，从而促成了一系列进展，包括基态冷却、量子压缩和机械振荡器的远程纠缠。

开创性的理论研究预测，在光机械晶格中可以获得更丰富的物理学和新颖的动力学，包括量子集体动力学和拓扑现象。但是，在高度控制下通过实验复制此类设备，以及构建可以承载多个耦合光学和机械自由度的光机晶格一直是一个挑战。

EPFL基础科学学院TobiasJ.Kippenberg小组的研究人员现在已经构建了第一个大规模和可配置的超导电路光机晶格，可以克服量子光机系统的缩放挑战。该团队实现了光机械应变石墨烯晶格，并使用新颖的测量技术研究了非平凡的拓扑边缘状态。这项工作现已发表在Nature上。

作为晶格单点一部分的关键元件是所谓的“真空间隙鼓面电容器”，它由悬浮在硅基板中的沟槽上方的薄铝膜制成。这构成了器件的振动部分，同时与螺旋电感组成谐振微波电路。

“我们开发了一种用于超导电路光机系统的新型纳米制造技术，具有高再现性和对单个设备参数的极严格公差，”该项目的负责人AmirYoussefi说。“这使我们能够将不同的地点设计得几乎相同，就像在自然格子中一样。”

众所周知，石墨烯晶格表现出非平凡的拓扑特性和局部边缘状态。研究人员在他们所谓的由二十四个位点组成的“光机械石墨烯薄片”中观察到这种状态。

“多亏了内置的光机工具包，我们能够直接和非扰动地对这种晶格中的集体电磁模式形状进行成像，”为该研究做出贡献的安德里亚·班科拉(AndreaBancora)说。“这是这个平台的一个独特之处。”

该团队的测量结果与理论预测非常吻合，表明他们的新平台是研究一维和二维晶格拓扑物理的可靠试验台。

“通过获得这些集体激发的能级和模式形状，我们能够重建系统的完整底层哈密顿量，首次允许在超导晶格中完全提取无序和耦合强度，”研究小组的另一名成员ShingoKono说。

光机械晶格的演示不仅提供了在凝聚态晶格模型的这种实现中研究多体物理学的途径，而且还将提供与超导量子位结合时通向新型混合量子系统的途径。