Физики впервые напрямую наблюдали в реальном времени квантовый скачок звука. Исследователи зафиксировали, как отдельный фонон — квант звукового колебания — переходит из одного энергетического состояния в другое.
Квантовые скачки предсказывали еще в начале XX века. Ранее ученым удавалось наблюдать подобные переходы у захваченных ионов и фотонов, однако увидеть отдельные скачки квантов звука было значительно сложнее. В обычной жизни звук кажется непрерывным. Например, колебания струны или колокола постепенно затихают. На квантовом уровне ситуация выглядит иначе: энергия механического резонатора может изменяться отдельными порциями.
Для эксперимента ученые создали миниатюрный механический резонатор с помощью технологий, которые используют при производстве микросхем. По принципу работы он напоминает крошечный камертон. При этом резонатор способен вибрировать около двух миллисекунд. Такого времени оказалось достаточно, чтобы провести сотни измерений и определить момент, когда колебание переходит из энергетического состояния 1 в состояние 0.
Главной технической задачей было измерить хрупкое квантовое состояние, не разрушив его. Для этого ученые объединили механический резонатор со сверхпроводящим кубитом. Такой электрический контур может хранить квантовую информацию и одновременно работать как детектор.
Кубит многократно проверял состояние резонатора во время его колебаний. Благодаря этому ученые смогли определить момент квантового скачка, а не только зафиксировать его последствия.
Исследование стало первым прямым наблюдением отдельных квантовых скачков звука в реальном времени. По словам ученых, результат может помочь в развитии квантовых технологий. В частности, такая система способна упростить обнаружение ошибок в квантовых компьютерах. В некоторых архитектурах квантовый скачок означает возникновение ошибки, но определить момент ее появления непросто.
Миниатюрный резонатор может использоваться для сверхточных измерений. Исследователи уже рассматривают возможность применения подобной платформы для обнаружения белков внутри клеток. В перспективе управление звуком на квантовом уровне может повлиять и на обычные устройства, включая смартфоны и другие технологии, в которых используются звуковые колебания.
Читайте также:
В России запатентовали устройство для контроля температурного поля в СВЧ-реакторах
Аэрозольный принтер научился наносить электронные схемы на изогнутые поверхности
Самый маленький в мире компьютерный сканер весит 6 кг и помещается в одной руке