Ученые Стэнфорда впервые зафиксировали квантовые скачки звука в реальном времени

Исследователи из Стэнфордского университета впервые смогли наблюдать квантовые скачки звука в реальном времени. Свои находки они представили в авторитетном журнале Science. Это значительное достижение в области квантовой физики.

Эксперимент проводился с использованием фононов — квантов механических колебаний. В макромире звук затухает постепенно, но на уровне квантовой механики энергия скачкообразно меняется. Ученые смогли уловить момент, когда система резко перешла с одного уровня энергии на другой.

Квантовые скачки были теоретически предсказаны в начале XX века, а с тех пор их наблюдали у ионов и фотонов, но пока не у фононов. Ранее эксперименты давали лишь косвенные свидетельства таких переходов, но теперь удалось зафиксировать их в реальном времени.

Команда разработала микроскопический механический резонатор, аналогичный крошечному камертону, изготовленный методами производства чипов. Уникальная особенность устройства — долгое затухание колебаний, около 2 миллисекунд, что позволило провести сотни измерений и точно зафиксировать переход энергии.

Для наблюдения за процессом резонатор был соединен со сверхпроводящим кубитом, который выступал в роли датчика. Этот подход позволил многократно проверять состояние системы без разрушения.

По словам руководителя исследования Амира Сафави-Наэини, это открытие подтверждает, что вибрирующие объекты могут проявлять квантовое поведение, что важно для квантовых вычислений и сенсоров.

Понимание квантовых скачков может помочь в коррекции ошибок в квантовых компьютерах. Эти состояния нестабильны, и переход между уровнями в некоторых системах может означать ошибку, которую можно исправить, если вовремя её определить.

Исследователи отмечают, что возможность отслеживания таких изменений в реальном времени создаёт основу для применения в квантовых системах на базе механических резонаторов. Однако этот эксперимент носит фундаментальный характер, а не предлагает готовый метод коррекции ошибок.

Помимо вычислений, технология может использоваться в сверхчувствительных сенсорах. Совместно с Калифорнийским технологическим институтом команда изучает применение резонаторов и кубитов в биологии для обнаружения белков внутри клеток.

Также возможны приложения в электронике, где механические колебания могут улучшить акустические компоненты в устройствах. Напомним, в июне Microsoft Quantum и Quantinuum сообщили о значительном снижении числа логических ошибок в квантовом процессоре, а IBM представила новую систему поиска кодов коррекции ошибок с помощью ИИ.