Стэнфордские физики впервые зафиксировали квантовые скачки звука в реальном времени

Исследователи из Стэнфордского университета впервые в мире смогли зафиксировать квантовые скачки звука, наблюдая их в реальном времени. Этот важный научный прорыв был опубликован в авторитетном журнале Science.

Основное внимание в эксперименте уделялось фононам — квантам механических колебаний. В классическом мире звук угасает постепенно, но на квантовом уровне энергия изменяется скачкообразно.

Команде удалось наблюдать резкий переход системы с одного энергетического уровня на другой. Квантовые скачки были предсказаны еще в начале прошлого века, но до сих пор их фиксировали лишь в определенных системах, таких как ионы и фотоны.

Для проведения эксперимента ученые создали микроскопический механический резонатор, аналогичный миниатюрному камертонам, используя методы, применяемые в производстве чипов. Устройство демонстрировало длительное время затухания колебаний — около 2 миллисекунд, что позволило исследователям провести сотни измерений и зафиксировать переход энергии фонона.

Резонатор был соединен со сверхпроводящим кубитом, который выступал в роли датчика, многократно проверяющего состояние системы без его разрушения. Руководитель проекта Амир Сафави-Наэини подчеркнул, что подобное квантовое поведение вибрирующих объектов необходимо для развития квантовых вычислений и сенсоров.

Одним из применений таких исследований может стать коррекция ошибок в квантовых компьютерах, где квантовые состояния нестабильны, и переход системы между уровнями может означать ошибку. Возможность отслеживания этих изменений в реальном времени создает основу для новых систем на базе механических резонаторов.

Еще одно перспективное направление — использование технологии в сверхчувствительных сенсорах. В сотрудничестве с Калифорнийским технологическим институтом команда изучает возможности применения связки резонатора и кубита для обнаружения белков внутри клеток. Также авторы предполагают, что технология найдет применение в электронике для создания новых акустических компонентов.