Ovoz ham kvant sakashi qiladi — va biz buni kuzatdik

Sizga bir voqeani aytmoqchiman, ismim fizik laboratoriyasida sodir bo'ldi. Va bu juda qiziqarli — so'zbazlık qilishga arzigulik.

Stanford universiteti olimlari tarixda birinchi marta ovoz zarralari kvant sakrashini real vaqtda kuzatishga muvaffaq bo'lishdi. Ya'ni, ularning oldida ovoz Einstein uchun ham qiziqarli bo'lgan qoidalarga bo'ysundi.

Kvant sakrashi nima o'zi?

Nomidan ko'ra dramatik eshitiladi, lekin aslida sodda. Kvant sakrashi — bu atom, foton yoki endi fonon kabi mayda zarrachaning bir energiya holatidan ikkinchisiga birdaniga o'tishi. O'rta holat yo'q, sekin-asta o'tish yo'q. Shunchaki — puf, siz boshqa holatdasiz.

Bu sakrashlarni 1900-yillarning boshida kashf qilishgan. 1986-yilda tuzoqga olingan ionlarda, 2007-yilda yorug'lik zarrachalarida (fotonlarda) ko'rishgan. Ammo ovoz? Ovoz o'z kvant sirlarini oshkor qilishni istamayapti edi — toki endigacha.

Ovozning yechimi

Kvant darajasida ovoz haqida gaplashganda, "fonon" tushunchasiga duch kelasiz. Fononlar — ovozning eng kichik birliklari. Sanoq adashtirmang: ular ovoz to'lqinlarining atomlari kabi.

Kundalik hayotda qo'ng'iroq chaldingizda, ovoz sekin-asta yo'qoladi. Qum soatdan qum sizishi kabi silliq ko'rinadi. Ammo yetarlicha yaqinlashtirsangiz, fizika g'alati bo'lib qoladi: tebranish energiyasi silliq emas, aniq, sanab bo'ladigan qadamlar bilan o'zgaradi.

Fizik Amir Safavi-Naeini boshchiligidagi guruh chip ishlab chiqarish usullari bilan kichkina mexanik rezonator yaratdi. Va unga g'ayrioddiy xususiyat berishdi: u ikki millisoniya davomida tebranishi mumkin. Agar buni odatiy akkord qo'ng'irog'iga oshirdingiz, u soatlab jiringlab turardi. Kvant olamida bu juda uzoq vaqt.

Shu cho'zilgan tebranish tadqiqotchilarga yuzlab o'lchashlar olish va kvant sakrashini qog'ozda tutish uchun etarli vaqt berdi — ovoz energiyasi holati 1 dan 0 ga o'tgan paytni ushlab qolish.

O'lchash qiyinchiligi (kvant narsalari nozik bo'ladi)

Bu yerda aqlni laqillatadigan qism keladi. Kvant sakrashlarini kuzatish uchun siz nozik kvant holatini yo'q qilmasdan o'lchashingiz kerak. Xuddi sovun pufagini portlatmasdan tomosha qilishga o'xshaydi.

Guruh buni kichkina rezonatorni supravodik kubitga ulanganda hal qildi. Kubit — kvant kompyuterning oddiy biti. U kvant ma'lumotlarini saqlaydi. Ammo bu holda uni detektor sifatida ishlatishdi.

Kubit rezonatorning ikki millisoniyali umri davomida takroran unga murojaat qilar edi, oddiy savol bilan: "Fonon bormi yoki yo'qmi?" Shu savolni takror-takror berib, ular kvant sakrashining aniq vaqtini aniqlay olishdi.

Yetakchi tadqiqotchi Takuma Makihara so'zlaricha: ularga uzoq umrli tebranishchi obyekt yaratish va uni kichik elektr detektoriga shikast yetkizmasdan ulangan yangi jarayonlarni ishlab chiqish kerak bo'ldi. Bu — kvant muhandisligining qisqacha ta'rifi. Nozik narsalarni qo'zg'atayotib, ularni ishlashda saqlash.

Sizga nega kerak?

Demak, ovoz kvant ishlarini qilishini kuzatishimiz mumkin. Katta gap, to'g'rimi?

Aslida, ha — katta gap.

Kvant kompyuterlar yangi asbob oladi

Kvant kompyuterlar odatiy kompyuterlarga butun koinot yoshidan ko'proq vaqt kerak bo'ladigan masalalarni yechish imkoniyatiga ega. Ammo muammo bor: kvant holatlari juda nozik. Hisoblash tugamasdan oldin buzilishi va xatolik paydo bo'lishi mumkin.

Ko'p kvant hisoblash sozlamalarida kvant sakrashi xatolik yuz berayotganini bildirishi mumkin. Agar ovozga asoslangan tizimlarda bu sakrashlarni aniqlay olsak, kvant xatoliklarini tuzatishning yangi usuliga ega bo'lishimiz mumkin.

Hozircha sezib bo'lmaydigan narsalarni aniqlash

Stanford guruhi allaqachon Kaltexdagi tadqiqotchilar bilan tirik hujayra ichidagi oqsillarni aniqlash imkoniyatlarini o'rganmoqda. Bu nima degani? Kelajakda kvant mexanik ovoz detektorlari alomatlar paydo bo'lishidan oldin kasalliklarni aniqlashi mumkin.

Barcha qurilmalar uchun yaxshiroq ovoz nazorati

Va bu darholroq foydali bo'lishi mumkin: tebranishlarni yaxshiroq nazorat qilish smartfoningiz va boshqa qurilmalaringizdagi ovoz texnologiyasini takomillashtirishi mumkin. Shu yerda ishlayotgan prinsiplar kundalik gadjetlarimizda takomillashtirilgan akustik texnologiyalarga olib kelishi mumkin.

Kattaroq manzara

Bu tadqiqot menga nima bildiradi, deysizmi? Biz kvant hodisani kuzatish ro'yxatiga yana bir belgi qo'shayotganimiz yo'q. Biz kvant hisoblash va sezish uchun kerakli operatsiyalarni bajarishga qodir bo'lgan texnologiyalar sari harakat qilmoqdamiz.

Safavi-Naeini to'g'ri dedi: "Tebranuvchi obyektlar kvant xulq-atvorini namoyon qilishini ko'rdik — bu kvant hisoblash va sezish uchun kerakli ko'p operatsiyalarning sharti."

Boshqacha qilib aytganda: mayda zarrachalarni boshqaradigan g'alati qoidalar tebranuvchi membranalar kabi kundalik obyektlarga ham tegishli ekanligini isbotladik. Bu katta tushunchaviy sakrash va biz hatqo kirdik.

Bu tadqiqot hali boshqa bosqichda. Amaliy kvant ovoz texnologiyalariga ehtimol yillar kerak. Ammo har bir yutuq biror yerdan boshlanadi — va ovozning kvant sakrashi qilishini kuzatish juda ajoyib "boshlanish".

Keyingi marta qo'ng'iroq jiringlaganda yoki telefoningiz tebranmasin, esda tuting: realning eng chuqur darajasida shu ovozlar holatlar orasida sakrayotgan kichkina zarrachalardan tashkil topgan va biz endigina tushunishni boshlayapmiz. Fizika g'alati va aslida — biz hali koinot qanday ishlashini yangidan-yangi narsalarni kashf qilayotgan davrda yashayapmiz. Bu juda ajoyib.