Физики Стэнфордского университета впервые напрямую зафиксировали квантовый скачок звука: крошечный механический резонатор внезапно потерял один фон — минимальную дискретную единицу звуковой энергии. Результаты работы опубликованы 17 сентября 2026 года в журнале Science, сообщает SciTechDaily. Открытие может помочь в развитии квантовых вычислений и высокоточных измерительных систем.
Резонатор представляет собой миниатюрную конструкцию, которая вибрирует подобно камертону. Фон описывает согласованное движение большого числа атомов, тогда как фотон является квантовой единицей света. В обычном восприятии звук постепенно затихает, однако на квантовом уровне энергия меняется отдельными ступенями, а переходы между такими состояниями называют квантовыми скачками.
Работу возглавил физик Стэнфорда Амир Сафави-Наини. Для наблюдения за резонатором исследователи соединили его со сверхпроводящим кубитом — электрической схемой, способной хранить квантовую информацию и выполнять роль детектора. Кубит различал состояние с одним фоном и состояние без него, благодаря чему ученые смогли определить момент перехода резонатора из состояния 1 в состояние 0.
Ключевым условием эксперимента стала необычно продолжительная вибрация конструкции. Резонатор сохранял колебания в течение двух миллисекунд, что для обычного камертона с сопоставимыми характеристиками соответствовало бы нескольким часам звучания. За это время ученые успевали провести сотни измерений, не разрушая хрупкое квантовое состояние.
Наблюдение стало продолжением исследований квантовых скачков, которые теоретически появились в научных работах в начале XX века. В 1986 году такие переходы впервые продемонстрировали на захваченных ионах, а в 2007 году их наблюдали у фотонов. Предыдущие эксперименты со звуком указывали на существование подобных явлений, но не позволяли отслеживать отдельные скачки в реальном времени.
«Это исследование показывает, что вибрирующие объекты могут проявлять квантовое поведение, а это необходимое условие для многих операций в квантовых вычислениях и измерениях», — сказал Сафави-Наини, доцент прикладной физики Стэнфордской школы гуманитарных и естественных наук. Созданный с использованием технологий производства микросхем резонатор достаточно мал, чтобы разместить множество таких устройств на одном чипе. Команда уже сотрудничает с группой физика Майкла Рукса из Калифорнийского технологического института, изучая возможность обнаружения и идентификации белков внутри клеток; по словам Эрика Сзакиеля, разработка также в перспективе может повысить качество смартфонов и других устройств, использующих звук.