الفيزيائيون في جامعة ستانفورد رصدوا لأول مرة بشكل مباشر القفزات الكمية للصوت في الوقت الحقيقي. نُشرت نتائج التجربة في مجلة Science. قام الباحثون بإنشاء رنان ميكانيكي مجهري سمح برؤية اللحظة التي تنتقل فيها النظام فجأة من مستوى طاقة إلى آخر. عمل العلماء مع الفونونات - الكميات الميكانيكية للاهتزازات. في العالم العادي، يختفي الصوت تدريجياً، لكن على المستوى الكمي، تتغير الطاقة في حصص منفصلة.
تم التنبؤ بالقفزات الكمية في بداية القرن العشرين. في عام 1986، تم رصدها لأول مرة في الأيونات المحبوسة، وفي عام 2007 - في الفوتونات. بالنسبة للفونونات، كانت التجارب السابقة تقدم أدلة غير مباشرة، لكن لم يتم رصد الانتقالات الفردية في الوقت الحقيقي حتى الآن.
للتجربة، طورت الفريق رناناً مصنوعاً باستخدام تقنيات الرقائق، مما سمح بتحقيق وقت طويل لاضمحلال الاهتزازات - حوالي 2 مللي ثانية. خلال هذه الفترة، تمكن العلماء من إجراء مئات القياسات وتحديد متى تنتقل طاقة الفونون من المستوى 1 إلى 0. تم توصيل الرنان بكيوبيت فائق التوصيل، والذي عمل كمستشعر وفحص حالة النظام عدة مرات دون تدميره في كل قياس. أشار قائد البحث أمير صفوي-نائيني: «رأينا أن الأجسام المهتزة قادرة على إظهار السلوك الكمي. هذا شرط ضروري للعديد من العمليات في الحوسبة الكمية والمستشعرات».
أحد الخيارات الممكنة للتطبيق يتعلق بتصحيح الأخطاء في الحواسيب الكمية: الحالات الكمية غير مستقرة، وانتقال النظام بين المستويات في بعض البنى يعني خطأ، ولتصحيحه، يجب أولاً تحديد لحظة حدوثه. إمكانية تتبع هذه التغييرات في الوقت الحقيقي تخلق أساساً للأنظمة القائمة على الرنانات الميكانيكية. ومع ذلك، فإن التجربة الحالية هي عمل أساسي وليست طريقة جاهزة لتصحيح الأخطاء.
اتجاه آخر هو المستشعرات فائقة الحساسية. فريق ستانفورد مع علماء معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا يدرسون بالفعل إمكانية استخدام الربط بين الرنان والكيوبيت لاكتشاف وتحديد البروتينات داخل الخلايا. كما يتيح المؤلفون استخدام التكنولوجيا في الإلكترونيات: يتم استخدام الاهتزازات الميكانيكية في الهواتف الذكية والأجهزة الأخرى، والتحكم الأكثر دقة فيها يمكن أن يسمح بتطوير مكونات صوتية جديدة.
مقالات ذات صلة
