Սթենֆորդի ֆիզիկոսներն առաջին անգամ դիտարկել են ձայնի քվանտային թռիչքը

Սթենֆորդի ֆիզիկոսների խումբն առաջին անգամ ուղղակիորեն դիտարկել է ձայնի քվանտային թռիչքը՝ որսալով այն պահը, երբ տատանման մեկ միավորը, որը հայտնի է որպես ֆոնոն, չիպի չափսեր ունեցող բյուրեղյա ձողիկի ներսում մի էներգետիկ մակարդակից անցել է մյուսին: Science ամսագրում հրապարակված այս բացահայտումները եզրափակում են ավելի քան մեկ դար տևած հետազոտությունների շղթան և նոր ուղիներ բացում քվանտային հաշվարկների ու սենսորների համար:science

Դարավոր կանխատեսում, որը վերջապես հաստատվեց ձայնի միջոցով

Քվանտային թռիչքները, այսինքն էներգետիկ վիճակների միջև հանկարծակի, ընդհատուն անցումները, տեսականորեն առաջին անգամ կանխատեսվել են 1900-ականների սկզբին: Գիտնականները դրանք գործնականում ցուցադրել են թակարդված իոններում 1986 թվականին, իսկ ֆոտոններում՝ 2007 թվականին, սակայն ձայնը մնում էր անհասանելի: Սթենֆորդի թիմը՝ կիրառական ֆիզիկայի դոցենտ Ամիր Սաֆավի-Նաինիի ղեկավարությամբ, ստեղծել է լիթիումի նիոբատի բյուրեղից պատրաստված միկրոսկոպիկ մեխանիկական ռեզոնատոր, որը միացված է գերհաղորդիչ քուբիթին. այն կարող է ստուգել ֆոնոնի էներգետիկ վիճակը հարյուրավոր անգամներ՝ երկու միլիվայրկյան տևողությամբ միջակայքում:humsci.stanford

«Այն, ինչ ցույց է տալիս այս հետազոտությունը, թույլ կտա մեզ առաջ շարժվել ձայնի միջոցով նոր քվանտային տեխնոլոգիաների մշակման հարցում», — ասել է Սաֆավի-Նաինին: «Մենք տեսանք, որ տատանվող օբյեկտները կարող են դրսևորել քվանտային վարքագիծ, ինչը նախապայման է քվանտային հաշվարկների և սենսորների համար անհրաժեշտ բազմաթիվ գործողությունների համար»:humsci.stanford

Ռեզոնատորը տատանվում է մոտ 2,1 միլիվայրկյան. թիմը նշում է, որ սա բավականին երկար ժամանակ է, և եթե նույն հատկությամբ օժտված լիներ սովորական չափսի կամերտոնը, այն կհնչեր ժամեր շարունակ: Համահեղինակներ Տակումա Մակիհարան և Էրիկ Սզակիելը մշակել են արտադրության այնպիսի մեթոդ, որը բյուրեղյա ձողիկը տեղադրում է գերհաղորդիչ շղթայից ընդամենը 75 նանոմետր բարձրության վրա. սա բավական մոտ է ֆոնոնի վիճակը կարդալու համար՝ առանց այն քայքայելու: «Մենք ստիպված էինք անընդհատ նոր գործընթացներ մշակել այս չափազանց երկարակյաց, տատանվող օբյեկտը ստեղծելու և այնուհետև այն քուբիթի, այսինքն մեր փոքրիկ էլեկտրական դետեկտորի հետ ինտեգրելու համար՝ առանց որևէ ենթահամակարգ վնասելու», — ասել է Մակիհարան:earth+1

Դիտարկումից մինչև սխալների ուղղում

Գործնական նշանակությունն անմիջական է: Քվանտային հաշվարկների շատ կառուցվածքներում քվանտային թռիչքը սխալ է նշանակում՝ տեղեկատվության արտահոսք հաշվարկի կեսից: Նման սխալների հայտնաբերումը մշտական խոչընդոտ է եղել այս ոլորտի համար: Սթենֆորդի սարքը ոչ միայն հայտնաբերում է կորուստը, այլև անփոփոխ է թողնում մնացած քվանտային վիճակը, ինչն անհրաժեշտ նախապայման է իրական ժամանակում սխալների ուղղման համար:earth+1

Թիմն արդեն իսկ կիրառում է այս հարթակը հաշվարկներից դուրս: Կալտեխի ֆիզիկոս Մայքլ Ռուկեսի խմբի հետ համագործակցությամբ հետազոտողներն օգտագործում են ռեզոնատորը՝ փորձելով հայտնաբերել և նույնականացնել բջիջների ներսում գտնվող սպիտակուցները: «Սա ցույց է տալիս, որ մենք կարող ենք անհավանականորեն ճշգրիտ վերահսկել ձայնը, ինչը կարող է նշանակել, որ ձայնը որպես հիմնարար տեխնոլոգիա օգտագործող սարքերը կարող են զգալիորեն բարելավվել», — ասել է Սզակիելը:humsci.stanford

Այնուհետև լաբորատորիան ծրագրում է ստեղծել մի սարք՝ երկու ռեզոնատորային ձողիկներով մեկ ընդհանուր քուբիթի վրա, որտեղ ձողիկներից որևէ մեկից ֆոնոնի կորուստը կգրանցվի որպես նշված սխալ, այլ ոչ թե աննկատ խափանում. սա ևս մեկ քայլ է դեպի այն կառուցվածքը, որը պահանջում է սխալների ուղղում:earth