Кто сказал, что в квантовом мире правят только фотоны? Пока все завороженно смотрели на свет, физики из Университета Чикаго и Аргоннской лаборатории тихо и методично взломали акустический код Вселенной. 1 июля они рапортовали о создании устройства, которое генерирует не свет, а звук — но звук настолько чистый и управляемый, что это похоже на изобретение лазера заново, только на новый лад. Это не просто «динамик» для нано-мира, это первый в истории когерентный фононный генератор, который обещает перевернуть наши представления о передаче данных и квантовых вычислениях. Забудьте про оптику, теперь в моде акустика на пределе физических возможностей.
Давайте разберемся с матчастью. Фононы — это не выдумка сценаристов «Стар Трека», а вполне реальные кванты механических колебаний. Если фотоны — это частицы света, то фононы — это частицы звука, но не в воздухе, а в кристаллической решетке твердого тела. Они всегда были рядом: тепло, проводимость, упругость — всё это их рук дело. Но укротить их, заставить звучать стройным хором, а не хаотичным шумом, ученые не могли долгие годы. Проблема была в том, чтобы создать «лазер» для звука — мазер (MASER), работающий не на микроволнах, а на механике. Именно эту задачу и решила команда профессора Дэвида Шустера, и решение оказалось до гениального простым и одновременно дьявольски сложным технически.
Сердце устройства — это тончайшая пленка из арсенида галлия, толщиной всего в несколько атомных слоев. Представьте себе лист бумаги, но в сотни тысяч раз тоньше. Эту микроскопическую сцену охлаждают до температуры, близкой к абсолютному нулю, чтобы выключить всю лишнюю тепловую вибрацию. Затем сквозь эту хрупкую структуру пропускают электроны. Проходя через искусственно созданную потенциальную яму, электроны возбуждают колебания решетки, рождая фононы с заданной частотой. И вот тут начинается магия: варьируя напряжение, исследователи могут буквально «настраивать гитару» — менять частоту и амплитуду этих частиц, добиваясь их полной синхронизации, то есть когерентности.
Почему это прорыв, а не просто лабораторный курьез? Потому что фононы, в отличие от фотонов, обладают уникальными свойствами взаимодействия с веществом. Они гораздо сильнее «цепляются» за механические системы и кубиты (квантовые ячейки памяти), чем свет. Это значит, что на их основе можно строить квантовые процессоры, которые не нужно остужать до почти абсолютного нуля невероятно сложными методами, а передача информации может идти с минимальными потерями и без перегрева кристаллов. Представьте себе гибридный компьютер, где данные внутри чипа бегают не по медным дорожкам, а по звуковым волнам — это снизит энергопотребление в разы и ускорит обработку сигналов в радиолокации и связи.
Конечно, до инженерных решений на коленке еще далеко — установка работает в условиях криогенных камер, что дорого и громоздко. Но открытие, опубликованное в Nature Physics, показывает принципиальную возможность создания когерентных механических устройств. Это как первый транзистор: громоздкий, нестабильный, но он доказал, что закон работает. Теперь задача инженеров — сделать этот «звуковой лазер» компактным и дешевым. Возможно, через десять лет мы будем использовать квантовые звуковые чипы в наших смартфонах, которые будут в сотни раз мощнее современных суперкомпьютеров. И тогда мы скажем спасибо физикам, которые осмелились прислушаться к молчанию атомов.
Читайте также:
Почему это важно
- Почти без складки: первое реальное фото Oppo Find N6 показало…
- Российские банки получат доступ ко всем файлам на смартфоне…
- Обзоры MacBook Neo: отличная автономность и производительность на…
Об авторе
