Впервые зафиксированы квантовые скачки звука: прорыв в реальном времени

Впервые физики из Стэнфорда наблюдали квантовые скачки звука в реальном времени, публикуя результаты в журнале Science. Исследование сосредоточилось на фононах — квантовых единицах звуковых колебаний, которые на квантовом уровне меняют энергию дискретными порциями, в отличие от постепенного затухания в макромире.

Команда ученых зафиксировала момент, когда система внезапно переходила с одного энергетического уровня на другой. Хотя теория квантовых скачков существует с начала XX века, их наблюдали лишь у захваченных ионов в 1986 году и у фотонов в 2007 году. Прямые наблюдения фононов в реальном времени до сих пор отсутствовали.

Для эксперимента был создан механический резонатор, подобный миниатюрному камертону, с использованием технологий производства чипов. Благодаря длительному затуханию колебаний, порядка 2 мс, исследователи смогли провести множество измерений и зафиксировать переход энергии фонона с уровня 1 на 0.

Резонатор был соединен с сверхпроводящим кубитом, который служил датчиком, многократно проверяя состояние системы без его разрушения. «Квантовое поведение вибрирующих объектов открывает новые возможности для квантовых вычислений и сенсоров», — подчеркнул Амир Сафави-Наэини, руководитель исследования.

Наблюдение квантовых скачков важно для коррекции ошибок в квантовых компьютерах, где нестабильные состояния могут означать ошибки при переходах между уровнями. Возможность фиксировать такие изменения в реальном времени может стать основой для новых систем.

Исследование также открывает перспективы для сверхчувствительных сенсоров, что уже изучается совместно с Калифорнийским технологическим институтом. Это может помочь в обнаружении и идентификации белков внутри клеток, а также в создании новых акустических компонентов в электронике.

Напомним, ранее Microsoft Quantum и Quantinuum сообщили о значительном снижении логических ошибок в квантовом процессоре, а IBM представила систему поиска новых кодов коррекции ошибок с помощью ИИ.