哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院的研究团队，联合多家国际机构，在金刚石纳米结构中首次成功观测到声学珀塞尔效应。研究以单个硅空位中心作为自旋量子比特，通过设计微波频率纳米机械谐振器，实现自旋弛豫率约十倍的提升，对应的自旋-声子协同性达到约10，创下目前最高纪录。

根据5月6日发表在《自然》期刊上的论文，研究团队在金刚石中围绕色心自旋量子比特，构建了一个特殊设计的微波频率纳米机械谐振器，并在毫开尔文温度下开展了单光子级别的激光光谱测量。实验显示，当自旋量子比特被调谐至与一个12 GHz声学模式共振时，其自旋弛豫速率较之自由空间加快了十倍，直接印证了声学珀塞尔效应的核心预期。此外，团队还将该色心用作原子尺度探针，测量了纳米结构在最高28 GHz频段内的宽带声子谱。

珀塞尔效应由物理学家爱德华·珀塞尔于1946年提出，描述电磁谐振腔可改变置于其中的发光体的自发辐射速率，此后在量子计算与通信领域得到广泛应用。声学珀塞尔效应则是该效应在声子体系中的对应，利用声波而非光波来调控量子态。哈佛大学团队此次在固态人工原子中首次成功复现这一机制，成功填补了该理论提出近80年来在固态声学体系中的实验空白。

硅空位中心是金刚石中一种由单个硅原子取代两个碳原子形成的点缺陷，其基态轨道简并对局域应变高度敏感，电子-声子耦合强度天然优于其他色心体系。团队利用这一特性，通过纳米机械谐振器将声子态密度重新分布，有选择性地加速了自旋通过声子发射的弛豫通道。测量显示，该体系的自旋-声子协同性约达到10，标志着系统已跨过量子相干操控所需的临界阈值，声子可从量子比特高效提取信息而不被环境噪声淹没。

该研究工作由哈佛大学主导，与日本、欧洲等地的研究团队协同完成。论文共同作者共计12名，包括Graham Joe、Michael Haas、Kazuhiro Kuruma、Chang Jin、Dongyeon Daniel Kang、Sophie Weiyi Ding、Cleaven Chia、Hana Warner、Benjamin Pingault、Bartholomeus Machielse、Srujan Meesala和Marko Loncar。这一跨洲际的合作模式，涵盖了从金刚石材料制备、纳米结构加工到低温量子测量的完整技术链条。

此次成果为固态量子比特与声学超导器件之间的信号转换开辟了直接通道，有望重构量子网络节点的互联方式。其一，声子可充当不同物理体系间的“通用量子换能器”，实现超导量子比特与固态色心之间信息传递。其二，该技术可直接转化为机械式量子存储器，为分布式量子计算网络中信息同步与缓存提供物理基础。其三，声学珀塞尔效应可将声子噪声转化为提升自旋极化率的资源，为量子传感提供高于现有极限的灵敏度。

在当前国际量子计算竞争加速的背景下，哈佛团队的这项成果为“声学量子互联”这一新兴赛道确立了实验地基。目前，全球多个国家实验室已相继启动固态声学量子接口研究计划，预计在未来两年内，基于声学珀塞尔效应的量子换能器和中继器原型器件将陆续进入原理样机验证阶段。