Как известно — всё, что движется, издаёт звук. Поскольку самой малой частицей материи является атом, то при вращении он тоже должен издавать звук. Такая гипотетическая частица звука называется фононом.
Исследователи из Колумбийского университета и университета Чалмерса, Швеция, сообщили, что им впервые удалось «захватить» звук одиночного атома. Это достижение, в конечном итоге, может быть использовано для создания новых квантовых вычислительных устройств.
Амплитуда (или сила) этого звука, очень мала, поэтому учёные использовали полупроводниковый контур (аналогичный тем, которые применяются при создании квантовых компьютеров), и на его базе создали искусственный атом (такой же, как и те, которые используются в квантовых экспериментах).
Физически контур представляет собой серию длинных металлических «пальцев» для съёма и измерения акустических волн, создаваемых колеблющимся атомом. Волны слишком малы, чтобы их можно было разглядеть, хотя они выглядят точно так же, как волны на поверхности воды. Второй набор «пальцев» преобразуют акустические волны в микроволновый сигнал, который усиливается низкотемпературными усилителями. Та же технология используется для считывания сверхпроводящих «кубитов», которые используются в квантовой связи.
Фотоны (кванты света) всегда использовались в квантовых экспериментах, но ими довольно трудно манипулировать, потому что они очень быстры.
По сравнению с фотонами, фононы имеют несколько отличные черты. Их скорость распространения в 100.000 раз ниже, и их длина волны при заданной частоте, соответственно, короче. Медленная скорость означает, что звуковые кубиты могут быть настроены гораздо быстрее (чем в случае фотонов) — это позволяет использовать новые динамические схемы для улавливания и обработки квантов.
Другими словами, возможно, основа будущих квантовых коммуникаций будет выполнена не на квантах света, а на квантах звука.
«У вас есть время, чтобы изменить сигнал, пока он распространяется», говорит Йоран Йоханссон, соавтор статьи, опубликованной в журнале Science. «В результате задача обнаружения состояния кубитов и управления их состоянием значительно упрощается».