Kvantový „mikrofón“ odhalil kvázičastice fonóny

Vedci zo  Stanford University v Kalifornii vyvinuli „kvantový mikrofón“, ktorý dokáže detegovať najmenšie známe jednotky paketov vibračnej energie nazývané fonóny. Zariadenie by mohlo údajne tvoriť základ ešte účinnejších kvantových počítačov.

Pozrite siNovoobjavená častica-antičastica je, aj nie je senzáciou

V minulosti nebolo možné merať fonóny, pretože tradičné mikrofóny nie sú dostatočne citlivé na to, aby ich zachytili. Mikrofón funguje na báze interakcie zvukovej vlny s membránou, ale fonóny sú také malé, že ich nemožno podľa Heisenbergovho princípu neurčitosti individuálne zistiť.

Prevratné zariadenie

Názov fonón vznikol analogicky k fotónu, ktorý je časticou elektromagnetického poľa.

Fonón je tzv. kvázičastica (nejde teda o skutočnú časticu) šíriaca vibračné kvantum v kryštálovej mriežke. Tieto vibrácie sa môžu prenášať od bunky k bunke a vytvárať tým dojem pohyblivej častice. Táto „častica“ sa potom nazýva fonón a predstavuje kvázičasticu zvukového poľa v pevnej látke.

Umelecká predstava radu nanomechanických rezonátorov určených na vytváranie a zachytávanie zvukových kvázičastíc (fonónov). Mechanické pohyby zachytených fonónov sú snímané qubitovým detektorom, ktorý mení svoju frekvenciu v závislosti od počtu fonónov v rezonátore. Rôzne fonónové čísla sú viditeľné ako odlišné vrcholy v qubitovom spektre, ktoré sú schematicky znázornené za rezonátormi.ZDROJ | Stanford

Standfordskí vedci namiesto nepriameho merania zvukových vĺn postavili zariadenie, ktoré meria energiu fonónov priamo pomocou jemných rezonátorov, pôsobiacich ako zrkadlá zvuku. Zariadenie – akýsi kvantový mikrofón – môže zachytávať fotóny a merať vibrácie, ktoré spôsobujú, s rôznymi hladinami energie zodpovedajúcimi rôznemu počtu fonónov.

Pozrite siV CERN-e urobili prevratný objav – záhadná častica sa vymyká fyzike

Tím pod vedením Amira Safavi-Naeiniho vyvinul zariadenie, ktoré dokáže priamo merať počet fonónov vo zvukových vlnách. Ich kvantový mikrofón pozostáva zo sústavy nanomechanických rezonátorov, ktoré sú spojené so supravodivým obvodom fungujúcim ako qubit. Keď sa nanomechanické rezonátory rozvibrujú, generujú fonóny v rôznych stavoch. Ich energia sa prejaví v podobe rôznych anomálií v spektre qubitu, ktoré je možné elektronicky snímať.

Podle Amira Safavi-Naeiniho by sa novovyvinuté zariadenie opísané v článku v Nature mohlo stať platformou pre nové typy kvantových senzorov a pamätí pre kvantové počítače. Takáto technológia totiž umožňuje jednoduchú konverziu optických signálov na mechanické a opačne.

Vibrácie pre počítače budúcnosti

Počítač na báze fonónov by mohol byť ešte kompaktnejší a efektívnejší ako kvantový počítač využívajúci fotóny, pretože manipulácia s fonónmi je údajne jednoduchšia ako s fotónmi. Ak vedci dokážu vytvoriť kvantový počítač pomocou fonónov, dokázali by uložiť viac informácií na menšom priestore.

Pozrite siV CERN-e objavili dve nové častice, existovali pri zrode vesmíru

To je citácia názorov vedcov zo Stanfordu. U laikov a IT odborníkov, ktorí nie sú špecialistami na kvantovú fyziku, by sme však narazili na úroveň optimizmu o poznanie nižšiu. Ak sme fonóny (ktoré v skutočnosti neexistujú) doteraz nedokázali ani merať, funkčné fonónové kvantové počítače možno nebudú celkom horúcou témou. Čo si myslíte vy?

Ale bodaj by sme sa mýlili. Hovorí sa, že vedci vo výskumnom stredisku CERN s najväčším hadrónovým urýchľovačom na svete občas narazia na javy a objavy, ktorým odmietajú uveriť. Presahujú totiž nielen rámec rutinných znalostí, ale občas popierajú aj základné východiská fyziky, preto je ich prijatie citlivé a bolestivé. Búranie bariér často sprevádza nepríjemný rachot.

ZdrojStanford,Osel.cz

Komentáre k článku