За първи път физици наблюдаваха квантов скок на звук в реално време

Нощ на учените 2026 · онлайн

Дигитални ресурси

Всички ресурси
Броеве за четене онлайнСпецброеве за изкуствения интелект и за атома, брой 200 на „Българска наука“ и вестник „Homo Sciens“.Разгледай броевете 17 нови филма за български учениОт Стамен Григоров и бактерията на киселото мляко до генетика Дончо Костов.Гледай видеата 30 години „Мария Склодовска-Кюри“ на една картаВсички проекти по програмата от 1996 до 2026 г. – и кой с кого работи.Отвори картата Архив от минали НощиФилми, лекции и броеве от Нощите на учените 2019–2023.Към архива

 

Звукът от камбана сякаш затихва плавно, докато изчезне. В квантовия свят обаче енергията не винаги се променя непрекъснато. Екип от Станфордския университет е наблюдавал в реално време как една най-малка порция механично трептене изчезва рязко — квантов скок на звук от енергийно ниво 1 към 0.
Най-малката порция светлина се нарича фотон. При звука съответната квантова единица е фонон. Той не е частица в обичайния смисъл, а общо, координирано движение на много атоми в материал. Тъкмо затова квантовото поведение на механичните трептения е трудно за наблюдение: системата лесно взаимодейства с околната среда и губи крехкото си квантово състояние.

Квантовите скокове са предсказани още в началото на ХХ век. По-късно са наблюдавани при уловени йони и при фотони. За звуковите кванти е имало косвени свидетелства, но според екипа това е първото пряко проследяване на отделни фонони, докато преминават между две енергийни състояния в реално време.

В центъра на експеримента е микроскопичен механичен резонатор, изработен с технологии, подобни на използваните при производството на чипове. Може да си го представим като изключително малък камертон. Неговото важно предимство е, че продължава да трепти около две милисекунди. Това звучи кратко, но за толкова малка квантова система е необичайно дълго. Ако обикновен камертон имаше съпоставимо време на затихване спрямо мащаба си, той би звънял с часове.

Дългата продължителност на трептенето дава време за стотици измервания. Изследователите свързват резонатора със свръхпроводящ кубит — електрическа схема, която може да съхранява квантова информация и тук служи като детектор. Кубитът многократно проверява дали резонаторът все още съдържа един фонон или вече е в основното състояние без него. Така се записва конкретният момент на прехода от 1 към 0.

Голямото техническо предизвикателство е измерването да не разруши веднага наблюдаваното състояние. В квантовите системи самото извличане на информация може да промени обекта. Екипът е трябвало едновременно да създаде резонатор с много бавно затихване, да го интегрира с кубита и да запази добрите свойства и на двете части.

Защо това е важно? Първо, механичните резонатори са достатъчно малки, за да бъдат подреждани по много върху един чип. Второ, способността да се разпознава моментът на квантов скок може да бъде полезна за корекцията на грешки в бъдещи квантови устройства. В много архитектури неочакваният преход между състоянията е знак за грешка. Ако тя бъде засечена навреме, системата може да има шанс да я отчете или поправи.

Друга възможна посока са свръхчувствителните сензори. Групата вече проучва заедно с екип от Калифорнийския технологичен институт дали подобна платформа може да помага при откриването и различаването на белтъци в клетки. Това все още е изследователска цел, а не готов медицински уред.

Не бива да си представяме, че учените са „чули“ отделен фонон с микрофон. Става дума за лабораторна система при строго контролирани условия и електрическо отчитане чрез кубит. Значението на експеримента е по-фундаментално: той показва, че трептящ механичен обект може да бъде следен на нивото на отделните му енергийни кванти. Това отваря по-пряк път към управление на звука като квантов ресурс — за изчисления, комуникации и измервания.

 

Източници

Живейте по-добре с наука!

  • Развийте критично мислене и изградете защита срещу дезинформация.

  • Придобийте ключови умения за по-добър живот с нашите курсове във формат текст, видео и аудио.

  • Открийте новостите и иновациите в медицината.

  • Само 3 минути дневно са достатъчни, за да трансформирате живота си!

  • Всеки месец ви очаква нов брой с увлекателни статии по биология, космос, технологии, история, медицина и много други.

Изживейте науката навсякъде и по всяко време, като я четете на най-удобното за вас устройство.

 
Годишен абонамент
ВИЖ ПОВЕЧЕ
  • Безкрайно знание - списание, видеа, аудио, книги и т.н.
  • Достъп от всякъде
  • Социална мрежа за знание с хора като вас.

Създадохме платформа, която предлага курсове и ръководства, насочени към решаването на житейски предизвикателства чрез научно обосновани методи. Тя не само подпомага личностното развитие, но и предоставя ценни знания за водене на по-здравословен, успешен и пълноценен живот. Благодарение на научния подход, потребителите ще имат възможност да подобрят своето благосъстояние и да постигнат по-високо качество на живот.

БГ Наука
Powered by  GDPR Cookie Compliance (opens in a new tab)
Правила на поверителност

Използваме „бисквитки“, за да персонализираме съдържанието и рекламите, да предоставяме функции на социални медии и да анализираме трафика си. Също така споделяме информация за начина, по който използвате сайта ни, с партньорските си социални медии, рекламните си партньори и партньори за анализ.

Можете да коригирате всички настройки на „бисквитките“, като отворите разделите вляво.