Фізики розділили найдрібнішу частинку звуку, фонон, на дві частини

Фонони, найменші біти звуку, мають багато спільного з фотонами. Приглушуючи звук динаміка, ми знижуємо кількість фононів, як вимкнення лампочки зменшує кількість фотонів. Найтихіші звуки складаються з окремих і неподільних фононів. Однак на відміну від фотонів, частинки звуку не можуть переміщатися в порожнечі, їм потрібне середовище: повітря, вода або, як у випадку цього дослідження, еластичний матеріал. Фонони неможливо роздрібнити на більш дрібні частини остаточно, але новий експеримент показав, що це можна зробити на деякий час, за допомогою квантової механіки.

Дивіться також Вчені створюють притягуючий промінь, щоб очистити космос від сміття

Як це працює

Команда фізиків з Університету Чикаго впоралися з цим завданням, застосувавши дільник звукового пучка – пристрій, що пропускає крізь себе приблизно половину фононів, які входять, відображаючи ті, що залишилися, назад. Але коли в цей дільник потрапляє всього один фонон за відрізок часу, він входить в особливий квантовий стан, у якому реалізуються одночасно обидва варіанти розвитку подій – він проходить в обидва боки одночасно. Відбитий і минулий фонон взаємодіє сам із собою в процесі інтерференції.

Лабораторна демонстрація цього ефекту була проведена зі звуком, в мільйони разів вищим, ніж може почути людське вухо, всередині пристрою, охолодженого до температур, дуже близьких до абсолютного нуля. Замість динаміків і мікрофонів учені використовували квантові біти інформації, запускаючи фонон від одного кубіта до іншого. По дорозі фонон натикався на дільник звукового пучка.

Регулювання параметрів установки змінювало спосіб взаємодії відбитої та переданої частин фонона між собою. Це дозволило дослідникам квантово-механічно змінювати ймовірність того, що весь фонон повернеться назад до кубіта, який запустив фонон, або до кубіта по інший бік розгалужувача променя.

Цікавим моментом є те, що після розбиття фонона, обидві його частинки згодом збираються назад, прибуваючи до одного й того ж кубіта. Маючи можливість потрапити випадковим чином на будь-який, вони завжди опиняються на тому ж кубіті, що й інша частинка, збираючись потім докупи.

Наступним логічним кроком у цьому експерименті буде показати, що ми можемо зробити квантовий вентиль із фононами. Це буде один вентиль у групі вентилів, які необхідні для справжніх обчислень,
– каже Ендрю Кліланд, один із дослідників.

Звукові пристрої навряд чи перевершать квантові комп'ютери на фотонах, але можуть призвести до створення нових квантових додатків, поки що незрозуміло, яких саме.