Что такое квантовый микрофон и зачем он нужен?

Ежедневно нас окружают сотни различных звуков. А вы когда-нибудь задумывались о строении звука?
Из курса школьной физики мы знаем про звуковые волны, но ведь все в нашей Вселенной состоит из элементарных частиц. И звуковая волна — не исключение. Для того, чтобы досконально изучить то, из чего состоит звук, физики из Стэнфордского университета создали очень чувствительный микрофон. Его можно назвать в какой-то степени «квантовым микрофоном», ведь он может уловить колебания элементарных звуковых частиц, называемых фононами.

Что такое фонон

Еще в 1907 году Альберт Эйнштейн предположил возможность существования фононов. Это частица, представляющая собой скопление вибрационной энергии. Фононы излучаются возбужденными атомами и проявляются в виде звука различной частоты. В каждом фононе заключено определенное количество вибрационной энергии. Единица измерения энергии обозначается термином Fock. Если в звуковой волне регистрируется 1 Fock, то значит она содержит 1 фонон. Если 2 Fock — 2 фонона и так далее. Именно на принципе измерения Fock и основана работа «квантового микрофона».

Что такое «квантовый микрофон» и как он работает

Квантовый микрофон представляет собой охлажденный до сверхнизкой температуры резонатор. Но невооруженным глазом вы увидеть его не сможете, так как он настолько маленький, что его удастся разглядеть лишь под электронными микроскопом с большим увеличением. Резонатор подключен к схеме, внутри которой циркулируют пары связанных электронов. Отклонение в движении этих пар электронов возникает в результате воздействия на них фононов. Это воздействие и улавливает резонатор, регистрирует и передает в систему для анализа.

Зачем нужен «квантовый микрофон»

В первую очередь, устройство необходимо для того, чтобы более точно изучить природу звуковых волн, а также понять процесс формирования фононов. Более того, «квантовый микрофон» при изменении режима работы способен сам вырабатывать единичные фононы. То есть его можно в буквальном смысле использовать в качестве генератора элементарных частиц (в данном случае только частиц звука) и, в отличие от того же Большого адронного коллайдера, для этого не нужно проводить столкновения частиц на больших скоростях. Все происходит благодаря генерации незначительных вибраций на атомарном уровне.
Это позволит создать микроскопические устройства, способные сохранять и воспроизводить квантовую информацию, закодированную в параметрах элементарных частиц звука (фононах). Кроме этого, подобные системы могут выступать в качестве преобразователей механических сигналов в оптические и наоборот, что можно будет использовать при создании квантовых компьютеров и других элементов высокотехнологичных гаджетов в будущем.