科學家們已經找到了一種方法來檢測原子“呼吸”，即兩個原子層之間的機械振蕩。這種原子“呼吸”的聲音可以幫助研究人員編碼和傳遞量子數據。

量子光源是一種能夠發射單個光子的器件，它們在量子信息科學和技術中有著重要的應用。例如，單個光子可以用來攜帶和傳輸量子比特，也就是量子計算機中的基本信息單位。為了實現高效和可靠的量子通信和計算，我們需要能夠精確地控制和利用量子光源中的不同物理效應。

最近發表在《自然·納米技術》的一篇論文中，來自美國明尼蘇達大學、華盛頓大學和加州大學伯克利分校的研究團隊報道了一種新型的量子光源，它具有強大且可調的激子與聲子的耦合。激子是一種由電子和空穴組成的復合粒子，它們可以吸收或發射光子。聲子是一種描述晶體中原子振動的量子化波，它們可以影響激子的能量和壽命。通過調節激子與聲子之間的相互作用，我們可以實現對量子光源性能的優化和調制。

這種新型的量子光源是基于二維材料二硒化鎢(WSe2)制成的。WSe2是一種由兩層原子構成的薄片，它具有特殊的電學和光學性質。研究人員利用應力技術，在WSe2雙層之間創造了一系列的量子點。量子點是一種能夠限制電荷在三個空間方向上運動的納米結構，它們可以產生離散的能級和強度高且窄帶的發光。在WSe2雙層中，量子點包含了層間激子，即由上下兩層中的電子和空穴組成的激子。層間激子具有垂直于雙層平面的偶極矩，這意味著它們可以被外加電場有效地調控。

除了層間激子之外，WSe2雙層中還存在著另一種重要的物理現象：層間呼吸模聲子。這是一種描述上下兩層原子相對運動的波動模式，它具有很高的頻率（約1.4 THz）。由于層間呼吸模聲子直接改變了兩層之間的距離，從而影響了層間激子的能量，因此它們與層間激子有著非常強烈的耦合關系。這種耦合關系導致了單光子發射譜中出現了多個聲子復制線（phonon replica），每一個復制線都對應于一個聲子福克態（phonon Fock state）的產生。聲子福克態是一種描述聲子系統中有確定數量的聲子的量子態，它是量子信息處理中的重要資源。

研究人員通過在WSe2雙層上加上一對電極，實現了對層間激子與層間呼吸模聲子之間耦合強度的電控調節。他們發現，當電場增加時，耦合強度也隨之增加，甚至可以超過激子和聲子的退相干速率，從而達到強耦合的條件。在強耦合的情況下，激子和聲子將形成新的混合態，稱為極化聲子。極化聲子具有更高的非線性和相干性，可以用來實現更高效和更快速的量子操作。

這篇論文展示了一種新型的固態量子激子-光機械系統，它利用了WSe2雙層中原子界面處的獨特物理效應，產生了與靜止聲子耦合的飛行光子量子比特。這種系統可以用來實現量子信息的轉換和互聯，為量子信息科學和技術提供了新的可能性。