Физики Стэнфордского университета впервые напрямую наблюдали квантовые скачки звука в реальном времени. Результаты эксперимента они опубликовали в журнале Science.
Ученые работали с фононами — квантами механических колебаний. В обычном мире звук затихает постепенно, но на квантовом уровне энергия меняется отдельными порциями.
Исследователям удалось увидеть момент, когда система резко перешла с одного энергетического уровня на другой.
Квантовые скачки предсказали еще в начале XX века. В 1986 году их впервые наблюдали у захваченных ионов, а в 2007 году — у фотонов. Для фононов предыдущие эксперименты давали косвенные свидетельства, но отдельные переходы в реальном времени до сих пор не фиксировали.
https://forklog.com/news/sparrow-quantum-razognala-potok-odinochnyh-fotonov-do-500-mln-v-sekundu
Как увидели скачок
Для эксперимента команда создала микроскопический механический резонатор — аналог крошечного камертона. Его изготовили методами, которые применяют при производстве чипов.
Главной особенностью устройства стало долгое время затухания колебаний — около 2 мс. За этот промежуток исследователи успевали провести сотни измерений и определить момент, когда энергия фонона переходила с уровня 1 на 0.
Для наблюдения резонатор соединили со сверхпроводящим кубитом. Он выступал в роли датчика и многократно проверял состояние системы, не разрушая его при каждом измерении.
«Мы увидели, что вибрирующие объекты способны демонстрировать квантовое поведение. Это необходимое условие для многих операций в квантовых вычислениях и сенсорах», — отметил руководитель исследования Амир Сафави-Наэини.
Зачем наблюдать квантовые скачки
Один из возможных вариантов применения связан с коррекцией ошибок в квантовых компьютерах. Квантовые состояния нестабильны, а переход системы между уровнями в некоторых архитектурах означает ошибку. Чтобы ее исправить, сначала нужно определить момент возникновения.
По словам исследователей, возможность отслеживать такие изменения в реальном времени создает основу для систем на базе механических резонаторов. Однако нынешний эксперимент — фундаментальная работа, а не готовый метод коррекции ошибок.
Еще одно направление — сверхчувствительные сенсоры. Команда Стэнфорда вместе с учеными Калифорнийского технологического института уже изучает возможность использовать связку резонатора и кубита для обнаружения и идентификации белков внутри клеток.
Авторы также допускают применение технологии в электронике. Механические колебания используются в смартфонах и других устройствах, а более точное управление ими потенциально позволит создавать новые акустические компоненты.
Напомним, в июне Microsoft Quantum и Quantinuum сообщили о снижении числа логических ошибок в квантовом процессоре в 11-800 раз по сравнению с сопоставимыми физическими схемами. Тогда же IBM представила систему поиска новых кодов коррекции ошибок с помощью ИИ.
https://forklog.com/exclusive/quantum-amp-after-vopros-8-chto-kvantovyj-kompyuter-uzhe-umeet
