Физики Стэнфордского университета впервые наблюдали квантовый скачок звука в реальном времени — поймали точный момент, когда фонон перешел с одного уровня энергии на другой. Результаты опубликованы в журнале Science.
Идея о дискретных квантовых скачках энергии появилась в начале XX века, однако экспериментально их удавалось фиксировать лишь у отдельных видов частиц: впервые — у захваченных ионов в 1986 году, затем у фотонов — квантов света — в 2007-м. С фононами, квантами звуковых колебаний, этого добиться не удавалось: они существуют ничтожно мало, и поймать нужный момент без разрушения системы было практически невозможно.
Стэнфордская команда создала микроскопический механический резонатор, колеблющийся подобно миниатюрному камертону. Вибрация в нем сохранялась на протяжении двух миллисекунд — для квантовых систем это исключительно долго, и за это время прибор успевал сделать сотни замеров. Чтобы следить за состоянием, не разрушая его, резонатор связали со сверхпроводящим кубитом. Кубит работал как сверхчуткий зонд: раз за разом проверял наличие кванта вибрации, не воздействуя на него. Именно непрерывное наблюдение и дало возможность поймать скачок в реальном времени.
В итоге команда зафиксировала скачок напрямую: фонон перешел с первого энергетического уровня на нулевой. Квантовая вибрация оборвалась в строго определенный момент, записанный приборами. Это первое наблюдение подобного рода для звука.
Прикладной потенциал у открытия есть. Непрерывный контроль квантового состояния без его разрушения — именно то, что необходимо для коррекции ошибок в квантовых компьютерах: в нынешних прототипах ошибки накапливаются быстро, и для борьбы с ними нужен постоянный мониторинг состояния вычислительных кубитов. Кроме того, подобные резонаторы могут стать сверхчувствительными датчиками — вплоть до приборов для обнаружения отдельных молекул белков внутри живых клеток.
Ранее мы рассказывали, как физикам впервые удалось поместить предмет сразу в два места — еще один эксперимент на границах квантовой механики.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
