Използвайки принципите на квантовата механика, физиците за пръв път успяха

Използвайки правилата на квантовата механика, физиците за пръв път съумяха краткотрайно да разделят фононите – най-малките съставни елементи на звуковите талази – които до момента се считаха за невъзможни за „ делене “. Тяхното подобие с фотоните (частиците светлина) допуска евентуални приложения при създаването на квантови компютри с изцяло нови изчислителни благоприятни условия. Това достижение може един ден да докара до основаването на звукови версии на квантовите компютри или на извънредно чувствителни измервателни принадлежности. Междувременно то демонстрира, че странностите на квантовия свят се отнасят освен за светлината, само че и за звука.

Във физиката фононът отбелязва кванта на звуковата осцилация, най-малкия съставен елемент на звуковата вълна. Фононите могат да съществуват единствено в бистър материал, т.е. за разлика от фотоните, които могат да се движат във вакуум, за придвижването на фононите е нужна среда, да вземем за пример въздух или вода, или повърхността на разтеглив материал. Ако намаляването на интензитета на източника на светлина е еквивалентно на понижаване на броя на фотоните, то намаляването на силата на звука е еквивалентно на понижаване броя на фононите.

Въпреки че обособеният фонон съставлява груповото придвижване на няколко милиарда атома, той носи напълно малко количество сила. В квантовата механика той се характеризира със своя вълново-корпускуларен дуализъм (подобно на светлината), като се демонстрира или като вълна, или като „ обикновен пакет “. Макар че материята като цяло може да бъде разграничена на няколко субатомни частици, като протони и електрони, до момента се считаше, че е невероятно разделянето на фононите.

Нова научна работа, оповестена в списание Science демонстрира, че един фонон може да бъде краткотрайно разграничен благодарение на специфичен квантов резултат. Подобно на светлината, правилото на квантовата делимост може да бъде прибавен да вземем за пример към звука или вибрациите.

„ Никой до момента не е изследвал този въпрос “, споделя Андрю Клеланд, физик от Чикагския университет и един от водещите създатели на проучването.

Той и сътрудниците му смятат, че това проучване евентуално може да докара до създаването на нови квантови компютърни архитектури, повече или по-малко сходни на тези, които понастоящем се създават благодарение на фотони.

Експериментът в новото проучване включва потреблението на резултата на квантовия разделител на лъчите върху фононите. Това е устройство за приемане на „ поток “ от падащи фонони, половината от които се отразяват, когато влязат в контакт с фононния разделител на лъча. Същият принцип се ползва, когато системата получава един-единствен фонон, който по-късно минава в квантово положение, в което се движи в две разнообразни направления. Отразеният и излъченият фонон взаимодейства със себе си посредством развой на интерференция и може да се реалокира от първичното си състояние.

Действието на устройството е тествано със тон с периодичност няколко милиона пъти по-висока от тази, която може да бъде чута от хората. Цялото устройство е изложено на температура, близка до безспорната нула. Това изстудяване е належащо, защото когато една кристална решетка е изложена на среда с температура над нулата, нейната сила не е непрекъсната и се колебае случайно към една междинна стойност. Тези съмнения се дължат на инцидентните трептения на атомите под въздействието на топлината.

Друг значим миг е, че вместо високоговорители и микрофони за лъчение и приемане на звука са употребявани свръхпроводящи кубити (носещи квантова информация). След това параметрите на звуковото отклоняване са били изменени, с цел да се промени методът, по който излъчените и отразените фонони взаимодействат между тях. Тези операции са разрешили на откривателите да се уверят, че излъченият фонон се приема или от кубита-източник, или от кубита от другата страна на разделителя на фононовия лъч, откакто влезе в контакт с него.

След това откривателите са удостоверили квантовото държание на фононите, като по едно и също време са ги изпратили към два кубита. По-точно, фононите са били ориентирани по подобен метод, че да се движат по едно и също време към разделителя на лъча и по-късно към местоназначението си. По този метод се допуска, че те постоянно се движат непредсказуемо към кубитите, само че постоянно се озовават на еднакъв кубит, когато по едно и също време дойдат при разделителя на лъча.

Ако преглеждахме придвижването на фононите без законите на квантовата физика, нямаше да има никаква връзка сред областите, в които те попадат след удара в разделителя на лъча. Този резултат на делене евентуално би могъл да послужи като основа за основаването на „ квантови портали “ – главните градивни детайли на схемите в квантовите калкулации.

„ Следващата разумна стъпка в този опит е да демонстрираме, че можем да сътворяваме квантови гейтове благодарение на фонони. Това ще бъде първият портал в модула, който ще бъде нужен за реализирането на действителни калкулации “, обобщава Клеланд.

Да си напомним, че преди време учени от Станфорд сътвориха квантов микрофон. Той може да записва най-малките открити единици тон – напълно същите фонони. Това устройство също може да способства за производството на даже още по-ефективни квантови компютри.

Това е забавно устройство, което употребява микроскопични резонатори, настоящи като „ огледала за звука “. Така микрофонът затваря фононите в кафези и изследва техните трептения, като особеното равнище на сила дава отговор на другия брой фонони. Способността да се регистрират толкоз дребни частици може да способства за построяването на свръхминиатюрни изчислителни машини, способни да работят с несъизмеримо огромно количество информация. Използването на фонони е допустимо радикално да понижи размера на квантовите компютри, употребяващи фотони.