Добавление или вычитание одной кванты звука

Исследователи проводят эксперименты, которые могут добавить или вычесть один квант звука — с удивительными результатами в применении к зашумленным звуковым полям.


Квантовая механика говорит нам, что физические объекты могут иметь как волновые, так и частичные свойства. Например, отдельная частица — или квант — света известна как фотон, и аналогичным образом отдельный квант звука известен как фонон, который можно рассматривать как наименьшую единицу звуковой энергии. .

Группа исследователей из Имперского колледжа Лондона, Оксфордского университета, Института Нильса Бора, Университета Бата и Австралийского национального университета провела эксперимент, который может добавлять или вычитать один фонон к высокочастотному звуковому полю, используя взаимодействие с лазером. свет.

Выводы команды помогают в разработке будущих квантовых технологий, таких как компоненты оборудования в будущем «квантовом Интернете», и помогают проложить путь для испытаний квантовой механики в более макроскопическом масштабе. Детали их исследования опубликованы сегодня в журнале. Письма с физическим обзором.

Чтобы добавить или вычесть один квант звука, команда экспериментально реализует метод, предложенный в 2013 году, который использует корреляции между фотонами и фононами, созданными внутри резонатора. В частности, лазерный свет вводится в кристаллический микрорезонатор, который поддерживает как световые, так и высокочастотные звуковые волны.

Затем два типа волн соединяются друг с другом посредством электромагнитного взаимодействия, которое создает свет с новой частотой. Затем, чтобы вычесть один фонон, команда обнаруживает один фотон, частота которого была сдвинута вверх. «Обнаружение одиночного фотона дает нам готовый к событию сигнал о том, что мы вычли единственный фонон», — говорит ведущий автор проекта Георг Энциан.

Когда эксперимент проводится при конечной температуре, звуковое поле имеет случайные колебания из-за теплового шума. Таким образом, в любой момент времени точное количество присутствующих звуковых квантов неизвестно, но в среднем изначально будет n фононов.

Что происходит теперь, когда вы добавляете или вычитаете один фонон? На первый взгляд вы можете ожидать, что это просто изменит среднее значение на n + 1 или n — 1, соответственно, однако фактический результат противоречит этой интуиции. В самом деле, как это ни парадоксально, когда вы вычитаете один фонон, среднее количество фононов на самом деле увеличивается до 2n.

Этот удивительный результат, когда среднее число квантов удваивается, наблюдался для полностью оптических экспериментов по вычитанию фотонов и впервые наблюдается здесь вне оптики. «Один из способов подумать об эксперименте — представить себе машину с когтями, которую вы часто видите в видео-аркадах, за исключением того, что вы не можете видеть, сколько игрушек находится внутри машины. Прежде чем вы согласитесь играть, вам сказали, что в среднем внутри n игрушек, но точное количество меняется случайным образом каждый раз, когда вы играете. Затем, сразу после успешного захвата когтем, среднее количество игрушек фактически увеличивается до 2n », — описывает Майкл Ваннер, главный исследователь Quantum. Измерительная лаборатория Имперского колледжа Лондона.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments