8月28日上午，第342期光电信息大讲堂在光电信息大楼B609会议室举行。浙江大学物理学院百人计划研究员、博士生导师习翔应邀作题为《超低损耗量子与拓扑声学》的学术报告。我院多位教师和同学参加活动。
报告开始前，郑爽副教授介绍了习翔研究员的学术经历与研究成果，并为其颁发光电信息大讲堂荣誉证书。习翔研究员是我院2015届本科校友，2021年获香港中文大学电子工程系博士学位，博士期间主要从事光学力与集成拓扑光声学研究。2022年，他加入丹麦尼尔斯·玻尔研究所Albert Schliesser教授课题组，先后担任博士后研究员和助理教授，主要开展超低损耗量子光力系统研究，近期加入浙江大学物理学院。其研究方向主要包括超相干纳米力学、量子光力学、拓扑声学与光学以及精密传感，并致力于推动相关技术在量子互联与量子传感中的应用。习翔研究员曾获欧盟博士后奖学金、Villum实验基金等资助，以核心作者在Nature、Nature Nanotechnology、Science Advances、Optica等国际期刊发表论文十余篇。
报告中，习翔研究员围绕“如何将机械振子的能量损耗降低到极限”这一核心问题，系统介绍了超低损耗声子器件的发展及其在量子科学中的重要意义。他指出，在微纳机械系统中，机械损耗长期制约着声子信息的存储、传输以及量子态的保持。基于耗散稀释（dissipation dilution）机制构建的高应力氮化硅薄膜谐振器，可以显著降低机械振动过程中的有效损耗，使机械谐振腔品质因子达到10⁹以上，量子相干寿命超过100毫秒。这一超长相干特性为在芯片尺度研究宏观量子现象以及构建低损耗量子声子器件提供了重要基础。
围绕超低损耗机械模式与量子系统的结合，习翔研究员首先介绍了团队在微波—光学量子换能方面的研究进展。量子计算与量子网络中的不同物理平台往往工作在不同频段，例如超导量子电路主要工作于微波频段，而远距离量子通信则更适合采用光学载波。如何在微波量子态与光学量子态之间实现高效、低噪声的转换，是构建大规模量子网络需要解决的关键问题之一。习翔研究员介绍了利用超低损耗机械谐振模式同时耦合超导微波电路与红外光学模式的技术路线，通过声子作为中间信息载体，实现微波与光学自由度之间的信息转换。超高机械品质因子和长相干时间能够显著降低转换过程中的声子耗散，为发展高性能微波—光学量子接口提供新的技术路径。
随后，习翔研究员重点介绍了团队在拓扑声子波导方面取得的实验进展。传统声子器件在传播过程中容易受到材料缺陷、器件加工误差以及波导弯曲等因素影响，从而产生散射和能量损耗。团队将超低损耗机械结构与拓扑物理相结合，构建了具有拓扑保护特性的片上声子传输通道，实现了低至3 dB/km的声子波导传播损耗。即使声子经过120°锐弯，其背向散射仍可被抑制至1×10⁻⁴量级，展现出优异的低损耗传播能力和对结构扰动的鲁棒性。
习翔研究员进一步指出，超低损耗与拓扑保护两种机制的结合，使声子不仅能够在芯片上“存得久”，还有望实现“传得远、转弯时散射少”。这一思路突破了传统微纳声学系统中高品质因子谐振器与长距离声子传输相互独立的发展模式，为构建由声子谐振器、波导、耦合器等组成的低损耗集成声子回路提供了新的可能。未来，此类器件有望进一步与超导量子电路、集成光子器件及精密测量系统融合，在量子互联、量子信息处理、基础物理研究和高灵敏度传感等领域发挥重要作用。
在交流互动环节，与会师生围绕耗散稀释机制与机械品质因子极限、超低损耗声子器件的主要噪声来源、拓扑保护对器件加工误差的容忍度、微波—光学换能效率、量子态转换过程中的热噪声抑制，以及拓扑声子器件与集成光子芯片进一步融合的可能性等问题展开深入讨论。习翔研究员结合团队的实验工作逐一进行了详细解答，并分享了其在量子光力学、拓扑声学等前沿方向开展研究的体会与思考。
本次报告从超高品质因子机械谐振器出发，将量子光力学、微波—光学换能与拓扑声子学等前沿方向有机联系起来，展示了超低损耗声子器件从基础物理研究向量子信息与集成声子技术延伸的发展潜力。报告内容深入浅出，为现场师生了解量子声学、拓扑力学及量子互联等领域的最新研究进展提供了有益启发。
