Звук на квантовом уровне меняется скачками, а не постепенно

16.10.2026

В привычном мире звуковые колебания затухают постепенно: струна после щипка вибрирует все слабее, а звон постепенно превращается в тишину. На уровне квантовой физики картина оказывается совершенно иной. Здесь энергия звука существует отдельными порциями, и переход между состояниями может происходить скачкообразно. Исследователи из Стэнфордского университета впервые смогли непосредственно наблюдать такой процесс в реальном времени, зафиксировав квантовые скачки отдельных звуковых частиц.

Речь идет о фононах - квантовых порциях механических колебаний, которые можно рассматривать как своеобразный аналог фотонов для звуковых волн. В макроскопическом мире энергия вибрации может уменьшаться практически непрерывно, однако на квантовом уровне такое описание перестает работать. Энергетическое состояние системы изменяется дискретно, переходя с одного уровня на другой. Результаты стэнфордского эксперимента были опубликованы в журнале Science.

Чтобы зафиксировать столь быстрый и чувствительный процесс, специалисты создали микроскопический механический резонатор на чипе. Он выполнял роль чрезвычайно чувствительного электрического детектора, позволяя регистрировать состояние механической системы, не разрушая его непосредственно в процессе измерения. Благодаря этому исследователи смогли увидеть момент, когда отдельный фонон внезапно исчезает, а система мгновенно переходит из энергетического состояния 1 в состояние 0.

Наблюдение стало важным подтверждением того, что квантовые эффекты характерны не только для отдельных элементарных частиц или света. Квантовые скачки ранее наблюдали в ионах еще в 1986 году, а аналогичные переходы в частицах света - фотонах - были зафиксированы в 2007 году. Однако для механических колебаний такая задача оказалась значительно сложнее. Теперь эксперимент показывает, что даже вибрирующие механические объекты могут демонстрировать поведение, подчиняющееся законам квантовой физики.

Особый интерес к этому явлению связан с перспективами квантовых вычислений. Такие системы чрезвычайно чувствительны к внешним воздействиям и различным ошибкам, способным нарушить их работу. Квантовый скачок может служить своеобразным индикатором возникновения подобной ошибки, поэтому возможность непрерывно отслеживать состояние системы с помощью звуковых или механических колебаний потенциально создает новый инструмент для обнаружения и последующего исправления сбоев в квантовых устройствах.

При этом практическое значение разработки может оказаться шире самой квантовой информатики. Сейчас исследователи выясняют, можно ли превратить созданную технологию в сверхчувствительную платформу для обнаружения отдельных молекул белков непосредственно внутри живых клеток. Если подобный подход окажется реализуемым, механические квантовые системы смогут стать инструментом для наблюдения за чрезвычайно малыми биологическими объектами и процессами.

Звуковые и механические колебания играют роль и в гораздо более привычной технике. Они используются в смартфонах и множестве других электронных устройств, поэтому возможность с высокой точностью контролировать подобные колебания потенциально может найти применение и за пределами лабораторий. Пока переход от фундаментального эксперимента к практическим технологиям остается задачей будущего, однако сама возможность настолько точно отслеживать отдельные квантовые изменения механической системы открывает для инженеров новые направления.

<< Назад: Глюкозамин и когнитивные нарушения 16.10.2026

>> Вперед: Мизофония может иметь выраженную генетическую основу 15.10.2026

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Глюкозамин и когнитивные нарушения 16.10.2026

С возрастом нарушения памяти и мышления становятся все более распространенной проблемой, однако причины того, почему у одних людей легкие когнитивные изменения остаются стабильными, а у других со временем перерастают в деменцию, до сих пор изучены не полностью. Новая работа исследователей Университета Флориды в США указывает на возможную связь одного из широко используемых пищевых добавок с таким переходом. Речь идет о глюкозамине, который обычно принимают для уменьшения дискомфорта в суставах и поддержания их здоровья. Специалисты проанализировали обезличенные медицинские записи UF Health, охватывающие период с 2012 по 2024 год. С помощью искусственного интеллекта они изучили информацию о пациентах с болезнью Альцгеймера и другими связанными с ней деменциями, а также о людях с легкими когнитивными нарушениями. Последние характеризуются заметными проблемами с памятью или мышлением, которые уже выходят за рамки обычных возрастных изменений, но при этом еще не обязательно существенно ...>>

Звук на квантовом уровне меняется скачками, а не постепенно 16.10.2026

В привычном мире звуковые колебания затухают постепенно: струна после щипка вибрирует все слабее, а звон постепенно превращается в тишину. На уровне квантовой физики картина оказывается совершенно иной. Здесь энергия звука существует отдельными порциями, и переход между состояниями может происходить скачкообразно. Исследователи из Стэнфордского университета впервые смогли непосредственно наблюдать такой процесс в реальном времени, зафиксировав квантовые скачки отдельных звуковых частиц. Речь идет о фононах - квантовых порциях механических колебаний, которые можно рассматривать как своеобразный аналог фотонов для звуковых волн. В макроскопическом мире энергия вибрации может уменьшаться практически непрерывно, однако на квантовом уровне такое описание перестает работать. Энергетическое состояние системы изменяется дискретно, переходя с одного уровня на другой. Результаты стэнфордского эксперимента были опубликованы в журнале Science. Чтобы зафиксировать столь быстрый и чувствительн ...>>

Мизофония может иметь выраженную генетическую основу 15.10.2026

Для большинства людей звук жевания, дыхания или сопения остается практически незаметной частью повседневной жизни. Однако у людей с мизофонией такие совершенно обычные звуки способны вызывать мгновенную и крайне сильную негативную реакцию. Причины этого состояния до сих пор изучены недостаточно, однако новое исследование указывает на важную роль наследственности. Полученные данные свидетельствуют о том, что предрасположенность к мизофонии может иметь глубокую генетическую основу. Исследованием занималась команда Медицинской школы Йельского университета, сосредоточившая внимание на семейной истории людей с этим расстройством. В отличие от ряда предыдущих работ, проводившихся преимущественно с помощью дистанционных опросов, на этот раз специалисты непосредственно обследовали 101 человека с мизофонией и членов их семей. Такой подход позволил исследователям оценить не только распространенность состояния среди родственников, но и возможные связи с другими особенностями психического здоро ...>>

Запись магнитных данных с помощью сверхбыстрых лазерных импульсов 15.10.2026

Системы хранения данных постоянно сталкиваются с необходимостью одновременно увеличивать скорость записи, плотность информации и энергоэффективность. Один из возможных путей решения этой задачи связан с использованием света для управления магнитными состояниями материала. Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали метод, в котором специально сформированные лазерные импульсы позволяют изменять направление намагниченности, открывая перспективу создания более быстрых и компактных магнитных устройств памяти. Главное отличие нового подхода заключается в том, что исследователи управляют не составом магнитного материала, а характеристиками самого лазерного излучения. Ультрабыстрый лазер концентрирует энергию на микроскопическом участке поверхности. Когда диаметр светового пятна становится меньше 1,36 мкм, специалистам удается переключать направление намагниченности независимо от спиральности света, то есть направления вращения его поляризации. Это позволяет отказаться от ...>>

Биокаталитический способ получения хиральных оксазолидинонов 14.10.2026

Химия все чаще обращается к биологическим молекулам, чтобы сделать синтез сложных веществ более точным и эффективным. Особенно важны такие технологии при создании соединений, у которых одинаковый химический состав может сопровождаться разным пространственным расположением атомов и, следовательно, различными свойствами. Исследователи из Калифорнийского технологического института и Университета Питтсбурга предложили новый биокаталитический подход, позволяющий получать хиральные оксазолидиноны непосредственно из простых неактивированных алкенов. В основе предложенного метода лежит последовательность из двух реакций - азиридинирования и последующего расширения цикла. Этот каскад запускается с помощью гемопротеина, который выполняет функцию катализатора и позволяет направлять химическое превращение в нужную сторону. В результате из относительно простого исходного соединения формируется более сложная циклическая структура с заданной пространственной конфигурацией. Особенно существенным ...>>

Случайная новость из Архива Свободное время пагубно влияет на человека 23.01.2023 Оптимальный вариант ничего не делать - не больше двух часов в день. Американские исследователи из Калифорнийского и Пенсильванского университетов выяснили, что избыток свободного времени негативно влияет на человека. В частности, на чувство его благополучия. Ученые проанализировали данные двух опросов более 35 тысяч американцев. В которых участники детально рассказывали о том, чем они занимались в течение предыдущих суток и как это на них отражалось. Оказалось, что самочувствие улучшалось с увеличением свободного времени, однако его было не больше, чем два часа. А вот после пяти часов свободного времени самочувствие наоборот ухудшалось. Также было проведено два онлайн-эксперимента, в которых приняли участие свыше шести тысяч человек. В течение шести месяцев каждый участник получал от 15 минут до семи часов свободного времени. Эксперимент показал, что у людей с минимальным и максимальным временем самочувствие оказалось хуже.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026