![Физики разделили биты звука с помощью квантовой механики Физики разделили биты звука с помощью квантовой механики](/uploads/posts/2023-06/splitting-phonons.webp)
Физики разделили биты звука с помощью квантовой механики
Фононы — кванты звука, то есть минимальные порции энергии, которые переносятся упругими колебаниями атомов в твердых телах. Фононы играют важную роль в многих физических явлениях, таких как теплопроводность, сверхпроводимость, сверхтекучесть и др. Кроме того, фононы могут быть использованы для создания новых квантовых устройств, таких как квантовые компьютеры, сенсоры и связь.
Однако фононы — не простые частицы, а сложные объекты, которые подчиняются законам квантовой механики. В частности, фононы могут расщепляться на два или более фонона с разными энергиями и импульсами. Это явление нарушает классические законы сохранения энергии и импульса, которые запрещают такое расщепление. Как же это возможно? И как это можно доказать экспериментально? Эти вопросы ставили перед собой ученые из Университета Чикаго, которые провели уникальный эксперимент по расщеплению фононов с помощью поверхностных акустических волн и сверхпроводящих кубитов.
Для проведения эксперимента ученые использовали специальное устройство, которое позволяло возбуждать и детектировать поверхностные акустические волны (ПАВ) — звуковые волны, которые распространяются по поверхности твердого тела. ПАВ имеют очень высокую частоту — около 10 миллиардов герц — и очень маленькую длину волны — около 300 нанометров.
Для возбуждения ПАВ ученые использовали сверхпроводящий кубит — двухуровневая квантовая система, которая может находиться в суперпозиции двух состояний: |0> и |1>. Кубит можно перевести из одного состояния в другое с помощью микроволнового импульса. Когда кубит находится в состоянии |1>, он испускает ПАВ с определенной энергией и импульсом. Этот ПАВ достигает делителя пучка — устройство, которое разделяет входящий поток ПАВ на два выходящих потока с разными направлениями распространения. Один из этих потоков достигает другого кубита, который служит детектором. Детекторный кубит меняет свою энергию и частоту под действием ПАВ и излучает микроволновый сигнал, который регистрируется анализатором спектра.
Для демонстрации расщепления фононов ученые измеряли вероятность перехода детекторного кубита из состояния |0> в состояние |1> в зависимости от энергии и импульса возбуждающего ПАВ. Они обнаружили, что эта вероятность имеет два максимума, соответствующие двум выходным ПАВ с разными энергиями и импульсами. Это означает, что один входящий ПАВ расщепляется на два выходящих ПАВ с разными параметрами.
Таким образом, ученые впервые продемонстрировали расщепление фононов — квантов звука — на два или более фонона с разными энергиями и импульсами. Это явление нарушает классические законы сохранения, но не противоречит квантовой механике, которая допускает такое расщепление за счет неопределенности энергии и импульса частицы. Этот эксперимент открывает новые возможности для изучения квантовой природы звука и развития квантовых технологий. В частности, фононы могут быть использованы для передачи и обработки квантовой информации, создания квантовых сенсоров и метрологии, а также для реализации квантовых алгоритмов и симуляций.
Однако фононы — не простые частицы, а сложные объекты, которые подчиняются законам квантовой механики. В частности, фононы могут расщепляться на два или более фонона с разными энергиями и импульсами. Это явление нарушает классические законы сохранения энергии и импульса, которые запрещают такое расщепление. Как же это возможно? И как это можно доказать экспериментально? Эти вопросы ставили перед собой ученые из Университета Чикаго, которые провели уникальный эксперимент по расщеплению фононов с помощью поверхностных акустических волн и сверхпроводящих кубитов.
Для проведения эксперимента ученые использовали специальное устройство, которое позволяло возбуждать и детектировать поверхностные акустические волны (ПАВ) — звуковые волны, которые распространяются по поверхности твердого тела. ПАВ имеют очень высокую частоту — около 10 миллиардов герц — и очень маленькую длину волны — около 300 нанометров.
Для возбуждения ПАВ ученые использовали сверхпроводящий кубит — двухуровневая квантовая система, которая может находиться в суперпозиции двух состояний: |0> и |1>. Кубит можно перевести из одного состояния в другое с помощью микроволнового импульса. Когда кубит находится в состоянии |1>, он испускает ПАВ с определенной энергией и импульсом. Этот ПАВ достигает делителя пучка — устройство, которое разделяет входящий поток ПАВ на два выходящих потока с разными направлениями распространения. Один из этих потоков достигает другого кубита, который служит детектором. Детекторный кубит меняет свою энергию и частоту под действием ПАВ и излучает микроволновый сигнал, который регистрируется анализатором спектра.
Для демонстрации расщепления фононов ученые измеряли вероятность перехода детекторного кубита из состояния |0> в состояние |1> в зависимости от энергии и импульса возбуждающего ПАВ. Они обнаружили, что эта вероятность имеет два максимума, соответствующие двум выходным ПАВ с разными энергиями и импульсами. Это означает, что один входящий ПАВ расщепляется на два выходящих ПАВ с разными параметрами.
Таким образом, ученые впервые продемонстрировали расщепление фононов — квантов звука — на два или более фонона с разными энергиями и импульсами. Это явление нарушает классические законы сохранения, но не противоречит квантовой механике, которая допускает такое расщепление за счет неопределенности энергии и импульса частицы. Этот эксперимент открывает новые возможности для изучения квантовой природы звука и развития квантовых технологий. В частности, фононы могут быть использованы для передачи и обработки квантовой информации, создания квантовых сенсоров и метрологии, а также для реализации квантовых алгоритмов и симуляций.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
![Западная Европа и США готовятся к худшему Западная Европа и США готовятся к худшему](/uploads/mini/shortstory/c1e/63452ff84713a553fcb2c4b14eb54.jpg)
Западная Европа и США готовятся к худшему
Новая угроза ожидается из Латинской Америки....
![NASA обнаружило таинственное энергетическое поле вокруг Земли NASA обнаружило таинственное энергетическое поле вокруг Земли](/uploads/mini/shortstory/63f/993f5cca125710bd5e7998c3c423d.jpg)
NASA обнаружило таинственное энергетическое поле вокруг Земли
Оно уникально, и, похоже, благодаря нему на планете… появилась жизнь....
![Спасение человечества находится на дне Северного Ледовитого океана Спасение человечества находится на дне Северного Ледовитого океана](/uploads/mini/shortstory/b16/5cda8ba33085ef44bb4cc9b986200.jpg)
Спасение человечества находится на дне Северного Ледовитого океана
Финские ученые уверены в этом на 100%....
![Starliner Boeing снова в новостях: теперь там что-то жутко стучит и лязгает Starliner Boeing снова в новостях: теперь там что-то жутко стучит и лязгает](/uploads/mini/shortstory/124/739e8816037bad0a313bd7f3476af.jpg)
Starliner Boeing снова в новостях: теперь там что-то жутко стучит и лязгает
NASA придумывает объяснения, а бывший командир МКС говорит, что это не к добру....
![«Титаник» разваливается прямо на глазах «Титаник» разваливается прямо на глазах](/uploads/mini/shortstory/8a2/1d2eb1dfde31d5f5369b4d0d48d62.jpg)
«Титаник» разваливается прямо на глазах
Кто же ускоряет гибель легендарного корабля: люди или природа?...
![Прорыв или кошмар? Искусственный интеллект стал изменять собственный код Прорыв или кошмар? Искусственный интеллект стал изменять собственный код](/uploads/mini/shortstory/1be/9b06786bac11541ae0e4d76991468.jpg)
Прорыв или кошмар? Искусственный интеллект стал изменять собственный код
Ученые говорят: ничего страшного. Но так ли это на самом деле?...
![Форресты Гампы отменяются Форресты Гампы отменяются](/uploads/mini/shortstory/1f0/4b4ba26a87069298154cbaaf7521f.jpg)
Форресты Гампы отменяются
Американские ученые «взломали» код аутизма....
![Сосуд из найденного в Шотландии клада викингов оказался иранским Сосуд из найденного в Шотландии клада викингов оказался иранским](/uploads/mini/shortstory/b9b/6c5a16607870dcee7ded870025f56.jpg)
Сосуд из найденного в Шотландии клада викингов оказался иранским
Никто не ожидал, что сокровище прибыло из столь отдаленных мест....
![Безглазая смерть чует тьму: как именно грибок превращает мух в зомби-некрофилов Безглазая смерть чует тьму: как именно грибок превращает мух в зомби-некрофилов](/uploads/mini/shortstory/e7b/f7bb936b1fafeefb602fbc6b7740b.jpg)
Безглазая смерть чует тьму: как именно грибок превращает мух в зомби-некрофилов
Главное случается ночью....
![Новый метод поможет раскрыть секс-преступления во много раз быстрее Новый метод поможет раскрыть секс-преступления во много раз быстрее](/uploads/mini/shortstory/0f3/39f1637a6f4b732bda029be4a1ff5.jpg)
Новый метод поможет раскрыть секс-преступления во много раз быстрее
Открытие ускорит проверку улик....
![Азиаты оккупируют Британию: сначала мигранты, теперь желтоногие шершни Азиаты оккупируют Британию: сначала мигранты, теперь желтоногие шершни](/uploads/mini/shortstory/fa6/3b50ed6fd66775e77a87003ce5250.jpg)
Азиаты оккупируют Британию: сначала мигранты, теперь желтоногие шершни
Экологи бьют тревогу и массово рассылают методички населению....
![Космический корабль BepiColombo невероятно близко подлетел к Меркурию Космический корабль BepiColombo невероятно близко подлетел к Меркурию](/uploads/mini/shortstory/83d/c7e5e8717f2100b5313e052890584.jpg)
Космический корабль BepiColombo невероятно близко подлетел к Меркурию
Свежие снимки рябой планеты удалось сделать благодаря возникшим в полёте неполадкам....
![Компания 1X анонсировала повседневного помощника — гуманоидного робота NEO Beta Компания 1X анонсировала повседневного помощника — гуманоидного робота NEO Beta](/uploads/mini/shortstory/1b0/526e645ecf476da55256bb5a433aa.jpg)
Компания 1X анонсировала повседневного помощника — гуманоидного робота NEO Beta
Похожий на человека механический слуга умеет ходить, бегать и подниматься по лестнице....
![Роботы и 3D-печать сделали бетон прочнее благодаря особой структуре Роботы и 3D-печать сделали бетон прочнее благодаря особой структуре](/uploads/mini/shortstory/11b/f9e2330b21c4d24c2519784700a4f.jpg)
Роботы и 3D-печать сделали бетон прочнее благодаря особой структуре
Имитируя природу, бетон можно уложить так, чтобы повысить прочность на 63%....
![Учёные не нашли связи между мобильными телефонами и раком мозга Учёные не нашли связи между мобильными телефонами и раком мозга](/uploads/mini/shortstory/152/0835ee76c49c6c0c1dcc9ac68693a.jpg)
Учёные не нашли связи между мобильными телефонами и раком мозга
В общем, болтай часами — не хочу....