На страницах журнала Science ученые описали квантовый эффект, позволяющий делить на части мельчайшую частицу звука — фонон. Это достижение однажды может привести к появлению звуковых версий квантовых компьютеров или чрезвычайно чувствительных измерительных приборов. А пока она показывает, что странность квантового мира приложима не только к свету, но и звуку.

Фононы имеют много общего с фотонами. Приглушая звук динамика, мы снижаем количество фононов, как выключение лампочки уменьшает число фотонов. Однако в отличие от фотонов, частицы звука не могут перемещаться в пустоте, им нужна среда: воздух, вода или, как в случае этого исследования, эластичный материал. Фононы невозможно раздробить на более мелкие части окончательно, но новый эксперимент показал, что это можно сделать на время, при помощи квантовой механики, рассказывает Science News.

Команда физиков из Университета Чикаго справились с этой задачей, применив делитель звукового пучка, устройство, пропускающее сквозь себя примерно половину входящих фононов, отражая оставшиеся обратно. Но когда в этот делитель попадает всего один фонон в отрезок времени, он входит в особое квантовое состояние, в котором реализуются одновременно оба варианта развития событий. Отраженный и прошедший фонон взаимодействует сам с собой в процессе интерференции.

Лабораторная демонстрация этого эффекта была проведена со звуком, в миллионы раз выше, чем может услышать человеческое ухо, внутри устройства, охлажденного до температур, очень близких к абсолютному нулю. Вместо динамиков и микрофонов ученые использовали квантовые биты информации, запуская фонон от одного кубита к другому. По пути фонон натыкался на делитель звукового пучка.

«Следующим логическим шагом в этом эксперименте будет показать, что мы можем сделать квантовый вентиль с фононами, — сказал Эндрю Клиланд, один из исследователей, — Это будет один вентиль в группе вентилей, которые необходимы для настоящих вычислений».

Звуковые устройства едва ли превзойдут квантовые компьютеры на фотонах, но могут привести к созданию новых квантовых приложений, пока не ясно, каких именно.