Впервые в физике: свет и звук, связанные на квантовом уровне

Физики сделали важный шаг в мире квантовой механики, продемонстрировав инновационный метод соединения света и звука на квантовом уровне. Исследование, проведенное Чанглонгом Чжу, Клаудиу Генесом и Биргит Стиллер из Института световедения Макса Планка в Германии, представляет новую концепцию, называемую оптоакустической запутанностью. Это достижение открывает путь к созданию квантовых устройств, которые будут более надежными и устойчивыми к внешнему шуму.

Что такое квантовая запутанность?

Квантовая запутанность — это увлекательное явление, при котором две или более частицы связаны настолько глубоко, что их свойства остаются взаимозависимыми, независимо от расстояния между ними. При измерении одной из частиц свойства другой мгновенно изменяются, чтобы сохранить эту связь.

Обычно запутанность достигается между подобными частицами, такими как фотоны (частицы света). Однако теперь исследователи изучили более смелый подход, соединив частицу света (фотон) с фононом, квантовым эквивалентом звуковой волны.

Как работает новый механизм?

Исследовательская группа использовала процесс, называемый рассеянием Бриллюэна, чтобы установить связь между светом и звуком. Этот процесс включает взаимодействие световых волн и термически генерируемых звуковых колебаний в твердых материалах.

Посылая лазерные импульсы и акустические волны в специально разработанный волновод, исследователи смогли вызвать такой тип взаимодействия. Хотя фотоны и фононы имеют совершенно разные скорости и уровни энергии, использованная техника смогла создать прочную связь между этими отдельными частицами.

Замечательным аспектом этой системы является то, что она работает при более высоких температурах, чем традиционные подходы квантовой запутанности, тем самым устраняя необходимость в дорогостоящем криогенном оборудовании. Это значительно упрощает практическое применение, показывает исследование, опубликованное в журнале журналы АПС.

Будущие применения и последствия

Новое открытие имеет важное значение для развития квантовых технологий. Системы оптоакустической запутанности могут привести к значительному прогрессу в области высокоскоростной квантовой связи, шифрования и квантовых вычислений. Они также могут помочь создать более точные методы хранения данных и квантовой телепортации.

Еще одним важным преимуществом является устойчивость этой системы к внешнему шуму, что является серьезной проблемой современных квантовых технологий. Это может облегчить использование запутанности в менее контролируемых средах, приближая квантовые технологии к коммерческим и промышленным применениям.

Выводы и перспективы

Хотя исследование все еще находится на экспериментальной стадии, результаты являются многообещающими. Физики отмечают, что предлагаемая система работает в широком диапазоне оптических и акустических частот, что делает ее чрезвычайно универсальной. Это открытие может переопределить границы взаимодействия между фундаментальными частицами и по-новому взглянуть на границу между классическим и квантовым мирами.

Таким образом, соединение света и звука на квантовом уровне не только расширяет наше понимание Вселенной, но и открывает новые пути для технологий будущего.