敲响一口钟，声音听起来是慢慢消失的，但在量子世界里，它其实是一跳一跳没掉的。2026 年 9 月 17 日，斯坦福大学团队在《科学》期刊发表研究，首次在真实时间里直接观测到单个声子——也就是声音的最小量子单位——消失的瞬间，填补了量子跃迁研究在”声音”这一对象上的长期空白。

声音的能量是一格一格少的

量子跃迁指的是一个量子系统从一个能量状态突然跳到另一个状态的现象，这一概念由尼尔斯·玻尔在 1913 年提出。科学家此前已经在囚禁离子（1986 年）和光子（2007 年）身上观测到这种跃迁，唯独声音的量子跃迁始终没能实时目睹。原因在于，声子并不是一颗飞来飞去的小颗粒，而是固体中大量原子协调振动的一份能量；日常音叉里同时存在的声子多到天文数字，单个丢失看起来自然是平滑渐弱。

更深的困难在测量方式上。常规手段测的是振子的”位置”，其平均值完全可以平滑变化。要看到跳变，必须反复直接询问振子”现在还有几份能量”，而且问的方式不能把它碰坏——这类测量被称为量子非破坏性测量。

微米级”音叉”配超导探测器

斯坦福团队的方案是把两个器件拼在一起。一个是用芯片工艺制造的微米级机械谐振器，工作原理类似一把微型音叉；团队特意把它的振动寿命设计得足够长，达到约 2 毫秒。放到宏观尺度类比，这相当于一把普通音叉能持续振动数个小时，为连续测量留出了充足窗口。另一个是超导量子比特，充当读出振子状态的”探测器”。两者通过转移印刷技术集成到同一块芯片上，互不拖累。

在谐振器振动衰减的过程中，量子比特反复清点其中的声子数，区分”存在一个声子”和”没有声子”两种状态，连续进行了数百次读数，最终捕捉到振动能量从数值 1 跳到 0 的精确瞬间。论文共同第一作者高间拓真与埃里克·萨基尔负责开发了让谐振器与量子比特集成而不损伤任一组件的制备工艺。

对量子计算与传感意味深长

这项研究由斯坦福大学应用物理学教授阿米尔·萨法维-纳伊尼领衔。他认为，能够探测声子的量子跃迁，有望帮助解决量子计算的关键问题——在许多量子计算架构中，一次不受控的量子跃迁本身就代表一次计算错误，而实时定位这类跳跃，正是纠错的前提。

由于谐振器采用标准芯片制造工艺，单块芯片上可集成大量器件，这一平台也具备成为超灵敏传感器的潜力。萨法维-纳伊尼团队正与加州理工学院物理学家迈克尔·鲁克斯的团队合作，探索利用该平台在细胞内部检测和识别蛋白质。研究人员还表示，对声音的精细量子控制，未来或许能改善智能手机等依赖声学技术的消费电子设备。

从 1913 年理论提出，到 1986 年、2007 年分别在离子与光子上验证，再到 2026 年首次在声音上实现，量子跃迁的百年追猎又补齐了一块拼图。