Ученые впервые зафиксировали квантовые скачки звука в реальном времени

Исследователи из Стэнфордского университета провели уникальный эксперимент, в ходе которого впервые наблюдали квантовые скачки звука в реальном времени. Эти результаты были опубликованы в авторитетном журнале Science. Теперь ученые смогли зафиксировать момент, когда энергия фонона резко изменяется, переходя от одного уровня к другому.

Фононы, представляющие собой кванты механических колебаний, в отличие от привычного звука, который теряет энергию постепенно, изменяют свою энергию дискретно. В прошлом квантовые скачки уже наблюдались у ионов и фотонов, но для фононов до сих пор существовали лишь косвенные доказательства.

Для своего эксперимента команда создала миниатюрный механический резонатор, подобный камертонам, с использованием технологий производства чипов. Этот резонатор, отличающийся длительным временем затухания колебаний около 2 мс, позволил провести сотни измерений, фиксируя переход энергии фонона.

Также резонатор был соединен с сверхпроводящим кубитом, который выполнял функцию датчика, позволяя многократно проверять состояние системы. Амир Сафави-Наэини, руководитель проекта, подчеркнул, что это открытие может иметь значительное значение для квантовых вычислений и сенсорных технологий.

Наблюдение квантовых скачков может найти применение в коррекции ошибок квантовых компьютеров, где такие скачки могут сигнализировать о сбое в системе. Хотя эксперимент носит фундаментальный характер, он закладывает основу для будущих технологий на базе механических резонаторов.

Кроме того, связка резонатора и кубита может стать основой для развития сверхчувствительных сенсоров, способных обнаруживать белки в клетках. Возможности технологии также рассматриваются в области электроники, где механические колебания могут улучшить характеристики акустических компонентов.