В лаборатории Стэнфорда крошечный механический резонатор внезапно перестал вибрировать не плавно, а рывком — именно так, как предсказывала квантовая механика. Ученые впервые зафиксировали этот момент в реальном времени: квант звука, или фонон, перешел из одного энергетического состояния в другое за доли миллисекунды.
Фононы — это дискретные порции вибрации, аналогичные фотонам света. В обычном мире звук затухает постепенно, как колокол после удара. На квантовом уровне энергия меняется скачками, и теперь исследователи под руководством Амира Сафави-Наини смогли поймать такой скачок «на лету».
Ключом к успеху стал микроскопический резонатор, способный «звенеть» целых две миллисекунды — для его размера это огромный срок. За это время сверхпроводящий кубит, соединенный с резонатором, успел сделать сотни измерений и точно определить момент, когда фонон исчез, перейдя из состояния «1» в «0».
Эксперимент открывает путь к новым квантовым технологиям. В квантовых компьютерах такие скачки часто становятся источником ошибок; умение их отслеживать — важный шаг к исправлению ошибок. Кроме того, чувствительность устройства позволит создавать сверхточные сенсоры, например для обнаружения отдельных белков внутри клеток.
В перспективе контроль квантового звука улучшит и повседневные гаджеты: смартфоны, акустические датчики и другие приборы, где звук играет ключевую роль. Исследование опубликовано в журнале Science и завершает столетний поиск, начатый еще в начале XX века.
Теперь квантовая акустика переходит из теории в практику, и это меняет представление о том, как можно управлять вибрациями на самом фундаментальном уровне.
