首次！人类首次实时观测到“声音的量子跃迁”！

声音到了微观世界里，是一份一份的。

这一份有个专门的名字，叫声子。

斯坦福大学的团队这回把一个声子从高能态跳到低能态的过程拍了下来，前后只有2毫秒。

这个结果发在《科学》上，要说清楚这件事的分量，得先说声子是什么。

我们平时听到的声音，是空气被推着一阵一阵地动；到了固体里头，声音就是一大片原子在一起振动。

量子力学说的是，这一片原子的振动不能多一点少一点随便来，只能一份一份地加，加一份上去多一个声子，掉一份下来少一个声子，夹在中间的量是不存在的。

按理来说，量子化这件事100多年前就在光身上看明白了，爱因斯坦靠光电效应说明光的能量是一份一份的，后来这一份就叫做光子，照这个路子走下来，声子也该早就看到了，但是实际上声子被提出来到现在快100年，一直没有人真的看见过一个声子跳一次。

这是怎么回事呢？

难处有两条。

一条是声子带的那点能量太小，一个声子是一大群原子一起动一小下，能量比一个可见光的光子小出去好几个数量级，小到一般的探测器根本感应不到。

另一条更要紧，就是看声子的法子会毁掉声子。

量子世界里看东西跟看桌上的杯子不是一回事，看一眼等于伸手碰一下，被碰的那个状态当场就散了。

换成声子，你还没数清楚有几个，声子已经被这一碰给改掉了，测出来的数是碰过以后的数，不是碰之前的数。

打个比方就清楚了。

想称一片雪花有多重，雪花落到秤盘上就化了，秤还没读出数，雪花已经不在了。

想看一个肥皂泡破之前是什么形状，手伸过去一碰，泡就破了。

测声子碰上的就是这类麻烦，测量这件事把要测的东西搅掉了。

这不，斯坦福大学团队想出来的办法是不去碰声子。

团队做了一片极小的机械谐振器，谐振器就是一小片能来回振动的微小结构，振动起来的这份能量就是声子。

团队把这片谐振器和一个超导量子比特连在一块儿，超导量子比特对谐振器里有多少个声子非常敏感，声子多一个少一个，超导量子比特的响应就跟着变。

这个法子的好处是超导量子比特只在一旁看着，不去把声子吸收掉，声子还留在谐振器里，可以一遍一遍地测。

这种测法有个专门的说法，叫非破坏性测量，连着测几回，回回测出来的都是同一个声子数。

有了这套东西，接下来就是等，谐振器里的声子自己不会老老实实待着，声子会从高能态往低能态掉，掉的时候是跳着掉的，中间那段慢慢滑过去的过程是不存在的。

团队要抓的就是这一跳，这一跳落下来的时候，前后只有2毫秒。

2毫秒里记下来的是这个过程，不是跳完以后的结果。

谐振器里有几个声子，超导量子比特的读数就跟着落在哪一档，这一段里，读数从一个台阶落到下一个台阶，中间没有停在两个台阶之间的时候。

这就是量子跃迁的字面意思，跳就是跳，不经过中间那些状态。

为什么要盯着一个声子跳一下？

一个用处是量子计算机要用。

量子比特很娇气，周围稍微一乱，量子比特带着的信息就散了，所以做量子计算得配纠错，一份信息摊开放在好几个量子比特上，哪个出了错就把哪个拽回来。

纠错要不停地测，测又不能把信息测没了，非破坏性测量正好是这件事需要的手段。

另一个用处落在谐振器身上。

量子计算机里要存住一份量子信息，得有个地方搁，用电磁谐振腔搁，个头大，因为电磁波的波长长。

声音在固体里跑得比光慢得多，同样的频率，声波的波长短出去一大截，谐振器就能做得极小，这就是眼下说的微型声学量子芯片。

打个比方，同样一首曲子，用无线电波发出去，天线得架得老高；用一根琴弦传出去，弦可以很短，声音在固体里就像那根短弦，占的地方小，一样能带着振动往前传。

可能有一些网友好奇，看见一个声子跳一下，离真的用上还有多远？

还隔着不少路。

这回看见的是一个谐振器里一个声子的变化，量子计算机要用的纠错得同时看着很多个量子比特、很多个谐振器，还得把漏进来的噪声挡在外面。

不过这一步绕不过去，声子的量子化要是没被看见，后面这些就都只能停在纸面上的推算上。

声子这个概念被提出来快100年了。

这100年里，固体为什么导热、为什么导电，都靠声子在解释，解释得很好，可从来没有人直接看见过一份声子是怎么变的。

这回斯坦福大学团队把这个过程拍下来了。

眼下量子计算机的纠错和一片芯片上搁下很多个谐振器的声学量子芯片，都还停在方案上，往前推每一步都得先知道声子怎么动。

团队接下来要做的就是把谐振器再加几个，噪声再压一压，做出什么样子，得看后面这几年攒下来什么。