Физики Стэнфордского университета впервые напрямую зафиксировали квантовый скачок звука: микроскопический резонатор внезапно потерял один фон — минимальную дискретную порцию звуковой энергии. Результаты работы опубликованы 17 сентября 2026 года в журнале Science. Исследование может помочь в развитии квантовых вычислений и высокоточных измерительных систем.
Фон представляет собой согласованное движение большого числа атомов, подобно тому как фотон является квантом света. На обычном уровне кажется, что звучание колокола постепенно затихает, однако на квантовом уровне энергия колебаний изменяется отдельными ступенями. Такие переходы между энергетическими состояниями называют квантовыми скачками.
Эксперимент возглавил физик Стэнфордского университета Амир Сафави-Наини. Учёные соединили механический резонатор, напоминающий вибрирующий камертон, со сверхпроводящим кубитом — электрической схемой, способной хранить квантовую информацию и выполнять роль детектора. По словам соавтора работы Такумы Макихары, исследователям пришлось разработать новые методы изготовления долговечного вибрирующего объекта и объединить его с кубитом, не повредив ни одну из систем.
Резонатор сохранял колебания около двух миллисекунд. Для обычного камертона с аналогичной способностью это соответствовало бы нескольким часам звучания. Благодаря столь длительному времени затухания исследователи смогли провести сотни последовательных измерений, не разрушая хрупкое квантовое состояние.
Кубит различал состояния резонатора с одним фоном и без него. Сопоставив показания во времени, физики определили момент перехода из состояния, обозначенного цифрой 1, в состояние 0. Как сообщает SciTechDaily, наблюдение продолжает историю изучения квантовых скачков: их теоретически предсказали в начале XX века, впервые продемонстрировали на захваченных ионах в 1986 году, а для фотонов наблюдали в 2007-м; прежние эксперименты со звуком лишь указывали на существование таких переходов, но не отслеживали отдельные скачки в реальном времени.
По словам Сафави-Наини, результат подтверждает способность вибрирующих объектов проявлять квантовые свойства, необходимые для многих операций квантовых вычислений и сенсорики. Резонатор изготовили с применением технологий производства микросхем, поэтому на одном чипе можно разместить множество таких устройств. Учёные уже вместе с группой физика Майкла Рукса из Калифорнийского технологического института работают над использованием платформы для обнаружения и идентификации белков внутри клеток, а соавтор исследования Эрик Сзакиел допускает, что подобный контроль звука в будущем позволит улучшить смартфоны и другие устройства.