Общеизвестно, что во время грозы звук раскатов грома приходит после того, как появляется молния. Это происходит из-за того, что звук распространяется гораздо медленнее, чем свет: его скорость равна 0,33 километра в секунду (против скорости света почти в 300000 км/c).

Теперь же инженеры из университета Миннесоты разработали специальный чип, в котором звуковая и световая волны генерируются в замкнутом пространстве, так что звук может эффективно управлять светом.

Устройства, созданные с помощью подобной технологии, могут улучшить коммуникационные системы беспроводной связи на основе оптических волокон, а в конечном счёте могут быть использованы для вычислений с помощью квантовой физики. В планах исследователей – использовать звуковые волны как носители информации для квантовых вычислений.

Чип, изготовленный американскими специалистами, выполнен из кремниевой базы с нанесённым на неё слоем нитрида алюминия, который проводит электрический заряд. Посылая переменный электрический сигнал, учёные вызывают деформацию материала. Это приводит к генерации периодических звуковых волн, которые образуются на поверхности материала подобно сейсмическим волнам, идущим от эпицентра землетрясения. Эта технология широко используется в мобильных телефонах и других беспроводных устройствах, например, в микроволновых фильтрах.

«Наш прорыв заключается в интеграции оптических каналов в слой материала с акустическими устройствами. В результате мы получили мощное взаимодействие между светом и звуковыми волнами», – рассказывает ведущий автор исследования Мо Ли (Mo Li), доцент кафедры электротехники и вычислительной техники.

Исследователи создавали массивы электродов шириной всего в сотню нанометров для генерации звуковых волн на беспрецедентно высоких частотах ― выше, чем частота спутниковой связи (10 гГц).

При столь высокой частоте длина волны звука даже короче, чем длина волны света ― впервые этого удалось добиться в пределах чипа. В столь беспрецедентном режиме звук может взаимодействовать со светом наиболее эффективно для достижения высоких скоростей модуляции.

Кроме коммуникационных приложений исследователи надеются использовать свою разработку в квантовой физике.

Сейчас они изучают возможность взаимодействия одного фотона (частицы света) и одного фонона («частицы» звука).

Если им удастся провернуть такой трюк, звуковые волны можно будет использовать в качестве носителей информации в квантовых компьютерах будущего.

Научная статья об уже проведённой работе была опубликована в издании Nature Communications.