MY.UAНовини
Вчені вперше побачили, як звук робить квантовий стрибок – що це означає
Вчені вперше побачили, як звук робить квантовий стрибок – що це означає

Вчені вперше побачили, як звук робить квантовий стрибок – що це означає

Вчені зі Стенфордського університету вперше безпосередньо спостерігали квантові стрибки звуку в механічному резонаторі. Про це пише Sciencedaily.

Як звук може робити квантові стрибки?

Дослідження очолив фізик Амір Сафаві-Наїні, доцент прикладної фізики Школи гуманітарних і природничих наук Стенфордського університету.

Квантовий стрибок – це раптовий перехід системи з одного енергетичного стану в інший. Таке явище стало одним із фундаментальних понять квантової фізики ще на початку XX століття. Перші експериментальні спостереження квантових стрибків у захоплених іонах провели у 1986 році. У 2007 році вчені змогли спостерігати аналогічну поведінку фотонів – фундаментальних частинок світла.

Зі звуком ситуація складніша. У повсякденному житті здається, що вібрація поступово слабшає. Наприклад, після удару дзвін поступово затихає, а його енергія ніби безперервно зменшується.

На квантовому рівні картина інша. Енергія механічної системи може змінюватися окремими дискретними порціями. Найменшою квантовою одиницею звукової хвилі є фонон – квант колективного руху великої кількості атомів.

Саме окремі фонони дослідники змогли відстежити під час експерименту.

Це дослідження показує, що дозволить нам рухатися далі у створенні нових квантових технологій зі звуком. Ми побачили, що вібруючі об'єкти можуть демонструвати квантову поведінку, а це необхідна умова для багатьох операцій, потрібних у квантових обчисленнях і сенсорах, – сказав Амір Сафаві-Наїні.

Як вчені змогли побачити окремий фонон?

Для експерименту дослідники створили крихітний механічний резонатор за допомогою технологій виробництва мікросхем. Його невеликий розмір у майбутньому може дозволити розміщувати багато таких пристроїв на одному чипі.

Однак головною особливістю резонатора стала не лише його мініатюрність. Пристрій здатен дуже довго зберігати вібрацію. За принципом роботи він нагадує крихітний камертон. Резонатор може продовжувати вібрувати приблизно 2 мілісекунди. Для такого мікроскопічного пристрою це надзвичайно тривалий час.

Дослідники наводять показову аналогію: якби звичайний камертон мав таку саму здатність зберігати вібрацію відносно свого розміру, він продовжував би звучати протягом кількох годин.

Саме тривалий час загасання, або ringdown time, дав команді можливість багаторазово вимірювати стан резонатора. Вчені змогли зібрати сотні вимірювань і встановити момент, коли вібрація зникала, а система переходила з енергетичного стану 1 у стан 0. Тобто, дослідники не просто отримали непрямі докази квантової поведінки звуку. Вони змогли відстежити окремі переходи безпосередньо в процесі експерименту.

Чому виміряти квантовий стан було так складно?

Однією з найбільших проблем став сам процес вимірювання. Квантові системи надзвичайно чутливі до зовнішнього впливу, тому спроба перевірити їхній стан може змінити його.

Команді потрібно було створити систему, яка дозволила б постійно контролювати механічний резонатор, не зруйнувавши його крихкий квантовий стан. Такума Макіхара та Ерік Сзакіель, які стали першими співавторами дослідження, розробили спосіб з'єднати механічний резонатор із надпровідним кубітом.

Кубіт – це електрична схема, здатна зберігати квантову інформацію. У цьому експерименті він виконував ще одну роль – надзвичайно чутливого детектора.

"Нам довелося постійно розробляти нові процеси, щоб створити цей надзвичайно довговічний вібруючий об'єкт, а потім інтегрувати його з кубітом, нашим маленьким електричним детектором, не зруйнувавши жодну з підсистем", – пояснив Макіхара, який нещодавно завершив докторську програму у Стенфорді.

Кубіт багаторазово перевіряв механічний резонатор протягом приблизно 2 мілісекунд його вібрації. Він визначав, чи перебуває фонон у стані 1 або 0. Повторення таких вимірювань дозволило дослідникам визначити момент квантового переходу.

Чи допоможе це створити кращі квантові комп'ютери?

Вчені розглядають отриманий результат як один із перших кроків до використання звуку як повноцінної квантової платформи.

Одним із потенційних напрямів є квантова корекція помилок. Квантові комп'ютери здатні виконувати обчислення, які в певних задачах можуть бути недоступними для традиційних комп'ютерів. Однак квантові стани надзвичайно крихкі, тому помилки можуть виникати ще до завершення розрахунку.

У багатьох квантових системах квантовий стрибок може бути ознакою того, що сталася помилка. Проблема полягає в тому, що виявляти такі переходи складно. Можливість постійно спостерігати за квантовими стрибками у механічній системі потенційно дає дослідникам новий інструмент для виявлення та виправлення подібних помилок.

Втім, нинішня робота ще не означає появу нового типу квантового комп'ютера. Дослідження демонструє можливість контролювати й вимірювати квантову поведінку механічної системи, а практичне використання цієї властивості потребуватиме подальших експериментів.

Ще один напрям пов'язаний із надточними вимірюваннями. Поєднання механічного резонатора з кубітом може перетворитися на дуже чутливу платформу для виявлення найменших змін у системі. Група Сафаві-Наїні вже співпрацює з командою фізика Майкла Рукса з Каліфорнійського технологічного інституту, щоб перевірити, чи можна використовувати цю систему для виявлення та ідентифікації білків усередині клітин.

Якщо такий підхід спрацює, технологія може отримати застосування в біологічних дослідженнях і сенсориці. Однак наразі це напрям подальших досліджень, а не готова медична або діагностична технологія.

Точніше керування звуком може знадобитися не лише квантовій фізиці

Потенційний вплив відкриття не обмежується лабораторними квантовими системами. Звук і механічні коливання вже використовуються в смартфонах та інших електронних пристроях.

За словами Еріка Сзакіеля, отримані результати демонструють можливість надзвичайно точного контролю над звуком. У перспективі це може допомогти створювати нові пристрої, для яких акустичні або механічні коливання є фундаментальною частиною роботи.

Це показує, що ми можемо отримати неймовірно точний контроль над звуком. Це може означати, що пристрої, які використовують звук як фундаментальну технологію, зможуть стати значно кращими, – сказав Сзакіель.

У дослідженні також брали участь Девід Шустер, професор прикладної фізики Стенфордського університету, Шеннон Гарві з Національної прискорювальної лабораторії SLAC, Міхір Пендхаркар з лабораторії Едварда Л. Гінцтона, колишня докторантка Рейчел Грюенке-Фройденштайн, а також докторанти Олівер Гічкок, Метью Максимович і Каве Пежешкі.

Амір Сафаві-Наїні також є учасником наукових програм Stanford Q-FARM та Bio-X. Результати дослідження опубліковані в журналі Science. Робота демонструє, що механічні коливання можуть не просто мати квантові властивості, а й дозволяти дослідникам безпосередньо спостерігати за окремими квантовими переходами. Це створює основу для подальших експериментів із квантовими обчисленнями, сенсорами та технологіями, що використовують звук.

Поділитися
Поділитися сюжетом
Джерело матеріала
У Норвегії через масштабний збій зв'язку зупинили всі поїзди та перестали працювати номери екстрених служб
InternetUA
2026-10-09T08:43:29Z
Поїзд «Львів – Чернівці» залишив 25 пасажирів посеред поля після тривоги
ГЛАВКОМ NET
2026-10-15T19:06:38Z
Загинув після падіння з четвертого поверху: інфлюенсерку підозрюють у вбивстві магната-бойфренда
Фокус
2026-10-15T18:48:55Z
Через російську атаку на Київ зазнала пошкоджень квартира журналістки Ірини Мещерякової
Детектор М
2026-10-15T18:15:05Z
На кордоні перехопили "голуба контрабандиста": він перевозив пігулки в рюкзачку
24tv
2026-10-15T18:15:03Z
Афера під виглядом банку: у Чернівцях дівчина втратила майже 194 тисячі гривень
InternetUA
2026-10-15T17:01:12Z
Харків 15 жовтня: підозра росіянину за вбивство військових, російські удари
Мій Харків
2026-10-15T16:45:39Z
Підпалив мікроавтобус за завданням незнайомця: що відомо про затриманого
TSN
2026-10-15T16:33:06Z
У Польщі сполошились через невідому речовину, розлиту під Сеймом
Европейская правда
2026-10-15T15:54:11Z
Чи може чума з РФ поширитися в Україні: епідеміологиня відповіла
TSN
2026-10-06T20:00:01Z
Скільки чашок кави потрібно пити щодня, щоб жити довше: нові рекомендації кардіологів
TSN
2026-10-02T12:38:15Z
Десятиліттями висаджували біля дому, а тепер рубають: це дерево приносить багато проблем
24tv
2026-10-02T15:36:25Z
Чума в Росії: що відомо про спалах небезпечної інфекції в Іркутській області та чи є загроза для України та світу
24tv
2026-10-07T14:36:44Z
У ЄС фіксують рекордне поширення вірусу Західного Нілу
Европейская правда
2026-10-15T18:18:48Z
Різка відмова від вейпу може мати неочікувані наслідки: що відбувається з організмом
TSN
2026-10-15T17:51:16Z
Як правильно зберігати запаси води вдома — важливі правила безпеки
GlavRed
2026-10-07T23:27:36Z
Постільна білизна буде як нова: що додати до пральної машини
GlavRed
2026-10-02T16:08:37Z
Навіщо додавати сіль у воду для миття підлоги: секрет хитрого лайфхаку
GlavRed
2026-10-02T00:21:47Z
Більше ніякої вогкості: хитрий трюк для сушіння білизни, про який знають не всі
GlavRed
2026-10-11T20:24:12Z
Заміна дорогим добривам: який сидерат варто посіяти до кінця жовтня
GlavRed
2026-10-13T17:27:05Z
Ракам – відпустити минуле, Овнам – діяти послідовно: найавторитетніший гороскоп на 14 жовтня 2026 року
ГЛАВКОМ NET
2026-10-13T17:57:15Z
Коли додавати овочі в бульйон: секрет насиченого смаку та прозорості
GlavRed
2026-10-11T16:42:46Z
Польща готує нові правила в’їзду для іноземців: що зміниться
ГЛАВКОМ NET
2026-10-15T19:12:54Z
Простіші за ліниві: швидкі голубці-трубочки без загортання країв і без відварювання рису
24tv
2026-10-15T18:39:08Z
Зробіть це зі слимаками в жовтні: інакше заполонять весь город навесні
24tv
2026-10-15T18:18:18Z
П’ятниця прийшла, а сили вже пішли у вихідні: гумористичний гороскоп на 16 жовтня 2026 року
ГЛАВКОМ NET
2026-10-15T18:03:13Z
Тест на IQ: потрібно знайти балерину серед фламінго за 12 секунд
GlavRed
2026-10-15T17:48:53Z
"Не встиг побачити сенс життя": у загиблого військового Даниїла "Серфера" Смирнова народився син
Фокус
2026-10-01T21:57:12Z
Гуманітарна допомога в Києві: хто може отримати продуктові набори
Политека
2026-10-02T04:30:08Z
"Солдат має знати, що його життя цінне", - Олексій "Сталкер" Свинаренко про бойовий шлях, зміну війни і навчальні центри зараз
Политека
2026-10-15T19:19:53Z
Які українські імена були популярними тисячу років тому: деякі з них досі в тренді
24tv
2026-10-15T19:15:48Z
Переселенців залишають без виплат через помилки ПФУ: хто у зоні ризику
Знай
2026-10-15T19:15:19Z
90 років в'язниці за камери в роздягальні: у США жорстоко покарали відомого тренера з гімнастики
24tv
2026-10-15T19:03:31Z
Польща підняла військову авіацію через удари РФ по заходу України
Европейская правда
2026-10-15T18:57:36Z
Автоматичний військовий облік можуть повернути: хто під загрозою
Знай
2026-10-15T18:51:21Z
Українські ракети «Барс» потрапили до планів переозброєння Німеччини
ГЛАВКОМ NET
2026-10-15T18:45:24Z
Вони змусять сумніватися в усьому: ТОП психологічних трилерів 90-х із несподіваними поворотами
24tv
2026-10-15T19:09:53Z
"Тіло помирало": Міла Нітіч вразила, як схудла на 12 кг на уколах
Фокус
2026-10-15T18:27:16Z
Хіт 1969 року написали за 20 хвилин: пісня стала однією з найвидатніших в історії музики
GlavRed
2026-10-15T17:27:35Z
"Вона перша вилетить": як батьки Христини Горняк відреагували на її участь у "Холостяку"
24tv
2026-10-15T17:03:24Z
Зрадив вагітну Меган Фокс і знайшов нову: екснареченого акторки заскочили разом з її відомою колегою
TSN
2026-10-15T16:51:47Z
Готуйте попкорн з перцем! Антоніна Хижняк стане новою Холостячкою
Детектор М
2026-10-15T16:45:48Z
5 streetstyle-трендів з Тижня моди у Парижі, які легко повторити
24tv
2026-10-15T16:42:13Z
Легендарний маніяк повертається: вийшов приквел культового фільму жахів "П'ятниця, 13-те"
24tv
2026-10-15T16:12:16Z
Селін Діон повторила образ з Оскара майже через 30 років: сукня Chanel має 6 тисяч камінчиків
24tv
2026-10-15T16:03:04Z
Нацбанк збільшив ліміти вдвічі: як тепер українці можуть вкладати свої гроші
Знай
2026-10-09T08:30:10Z
Уряд виконав усі умови для отримання зовнішнього фінансування
ZN UA
2026-10-15T19:19:44Z
Не переплачуйте за поповнення картки: де можна внести готівку без комісії
24tv
2026-10-15T19:03:36Z
Як закрити ФОП у 2026 році: покрокова інструкція та важливі нюанси
24tv
2026-10-15T19:03:34Z
Долар по 50: експерт повідомив, коли курс може перетнути психологічну відмітку
Политека
2026-10-15T19:00:47Z
Буданов обговорив постачання газу з Болгарії, — ЗМІ
Политека
2026-10-15T18:39:46Z
Государство теряет миллионы из-за схем Елены Шуляк в строительной отрасли — СМИ
Новости Украины
2026-10-15T18:03:48Z
Німеччина долучилася до Фонду підтримки транспорту України
AgroNews
2026-10-15T18:03:06Z
Нафтові надходження Росії зростають: у жовтні бюджет отримає $12 мільярдів
ZN UA
2026-10-15T17:28:26Z
Мінцифри запускає гранти до $100 тисяч на технологічні проєкти: умови
InternetUA
2026-10-15T19:19:33Z
28 моделей Samsung уже отримують Android 17: перевірте налаштування на цих смартфонах
Фокус
2026-10-15T18:57:13Z
Безсмертні та впізнавані: експерти назвали п'ять найкращих телефонів від бренду Nokia
InternetUA
2026-10-15T18:48:59Z
Вчені розробили дешеве екологічне біопаливо та запропонували замінити бензин
Gazeta UA
2026-10-15T18:21:34Z
Що буде, якщо не вимикати Wi-Fi на телефоні на ніч
InternetUA
2026-10-15T18:18:51Z
Як заощадити на електроенергії: названо головні прилади-«вампіри»
GlavRed
2026-10-15T18:12:31Z
Після ударів по "Яндексу" обвалився трафік російських ботів: Яковенко назвав наслідки
24tv
2026-10-15T18:09:38Z
Вчені навчилися перетворювати пустельний пісок на матеріал, який утримує воду вшестеро довше
24tv
2026-10-15T17:33:25Z
Як підготувати смартфон на Android та iOS до тривалих відключень світла: корисні налаштування
InternetUA
2026-10-15T17:15:34Z
Не перший раз на "ручнику": радник ОП підтвердив затримку розвідданих США щодо балістики РФ
Фокус
2026-10-15T19:12:41Z
Чорногорія слідом за ЄС обмежила захист для українських чоловіків
iPress
2026-10-15T19:03:50Z
Глава Міноборони Британії пояснив, чому США вигідно підтримувати Україну
Европейская правда
2026-10-15T19:03:29Z
США розглядають можливість застосування «матері всіх бомб» проти Ірану - CNN
InternetUA
2026-10-15T19:00:38Z
Украина отказала Трампу, наказание за обход санкций, премьер Болгарии защищает РФ: новости дня
Европейская правда
2026-10-15T18:55:45Z
Навроцький заявив, що виступає проти пом’якшення санкцій щодо Росії
Европейская правда
2026-10-15T18:55:03Z
Польща допомагає нам захищатися від атак, – Зеленський після зустрічі з Туском
24tv
2026-10-15T18:54:58Z
«Це якісь дурниці»: в оточенні Зеленського відреагували на чутки про капітуляцію
ZN UA
2026-10-15T18:54:09Z
Трамп скасував пряму трансляцію страти колишнього військового
Европейская правда
2026-10-15T18:51:39Z
Різниця між районами – 14 тисяч гривень: скільки коштує оренда квартир в Одесі
24tv
2026-10-15T19:15:07Z
Після атаки РФ Луцьк залишився без води, є перебої зі світлом
ГЛАВКОМ NET
2026-10-15T18:55:34Z
Не чекайте, поки вітер усе зруйнує: як вберегти сад і подвір’я від осінньої негоди
TSN
2026-10-15T18:21:55Z
РФ планує за місяць позбавити Київ, Харків та Одесу світла, тепла та води - NYT
GlavRed
2026-10-15T18:15:36Z
У Львові б’ють на сполох через зміни в бронюванні працівників
ZN UA
2026-10-15T18:00:37Z
Харківську область накриють затяжні дощі: синоптики дали прогноз погоди на тиждень з 16 по 22 жовтня
Политека
2026-10-15T18:00:29Z
На війні загинув військовий, журналіст Самуїл Проскуряков. Чотири роки він вважався зниклим безвісти
Детектор М
2026-10-15T17:57:55Z
РФ готує новий штурм: у ЗСУ назвали два небезпечні напрями фронту
GlavRed
2026-10-15T17:09:26Z
Циклон з Чорного моря несе в Україні дощі: в яких реігонах буде найхолодніше
24tv
2026-10-15T17:03:45Z
У Нью-Йорку після незаконних вуличних перегонів поліція заарештувала чотирьох і конфіскувала гоночний автомобіль
Топ Жир
2026-10-03T15:12:51Z
Рідкісний тридверний Гелендваген Mercedes-Benz G 36 AMG помітили у Києві
Топ Жир
2026-10-15T16:01:16Z
Daewoo Lanos 2009 з найменшим пробігом в Україні продають у Дніпрі за цікаву ціну
Топ Жир
2026-10-15T15:36:57Z
Формула-1 отримала першого дебютанта на наступний сезон
ГЛАВКОМ NET
2026-10-15T15:36:44Z
Як помити лобове скло автомобіля без розводів: експерти радять просту суміш
GlavRed
2026-10-15T14:27:05Z
Jaguar хоче підкорити нову аудиторію: 50 тисяч людей зацікавилися електричним майбутнім марки
Фокус
2026-10-15T14:12:44Z
Схожий на суперкар, але має чотири двері: Alfa Romeo показала Cuorerosso
Фокус
2026-10-15T13:00:34Z
Палаючий "Новатор" проїхав близько 20 кілометрів після удару FPV-дрона та врятував екіпаж
24tv
2026-10-15T12:57:16Z
Mercedes знайшла проблему з гальмами у своїх флагманів: які автомобілі під загрозою
Фокус
2026-10-15T11:51:02Z
Ліон п'ятою Шульца обіграв Крістал Пелес
Football.ua
2026-10-15T19:03:38Z
Мілан із хет-триком Сіссе розтрощив Зальцбург
Football.ua
2026-10-15T19:00:54Z
Ліга Європи: Баєр розгромив Лех, Сандерленд із Тутєровим обіграв Торренсе, нічия Юніона та Сосьєдада
Football.ua
2026-10-15T18:55:12Z
Усик запланував два гучні поєдинки на 2027 рік – джерело
ГЛАВКОМ NET
2026-10-15T18:51:51Z
Тоттенгем розглядає трансфер Баени за 80 мільйонів євро
Football.ua
2026-10-15T18:24:43Z
Перевершив Мессі та Роналду: Голанд встановив черговиц рекорд Ліги чемпіонів
ГЛАВКОМ NET
2026-10-15T18:15:16Z
Манчестер Юнайтед та Арсенал стежать за вінгером Ньюкасла
Football.ua
2026-10-15T18:04:42Z
Юний українець підписав контракт із середняком чемпіонату Іспанії
ГЛАВКОМ NET
2026-10-15T18:03:09Z
Рота: Результат проти Шахтаря залишає гіркий присмак
Football.ua
2026-10-15T17:42:49Z