基于自组织同步的可扩展声子激光器阵列

在频率可达 GHz 范畴的量子机械振子上，已预测其可支持声子激光——即当有效增益超过固有损耗时，出现的自维持相干振动。当前声子激光方案存在两个关键局限：其缺乏可扩展性，且依赖与共用场耦合，显著限制灵活性并阻止在特定位置进行选择性、按需声子激光。鉴于众多应用和理论洞见自然从可扩展的多体系统中涌现，针对这些局限性亦具时效性。在本 Letter 中，我们展示，通过在类 Ising 自旋链中的局部驱动，如何生成可扩展的可单独寻址声子激光器阵列。我们严格建立了机械振子从热运动过渡到持续自振的共振条件。不同于依赖共用耦合总线的先前方法，本方案采用纯局部驱动，实现本构且可扩展的架构，理想用于集成到大规模量子系统中。此外，本方法通过简单切换自旋-机械耦合互动的开关，即可在满足特定共振条件时，对特定位置的单个机械振子实现按需激光。值得注意的是，本声子激光阵列对共振不匹配具有鲁棒性，并自然表现出两两自组织同步及近共振下的全局相位锁定。最后，我们勾勾出当前实验能力下的实验实现方案。