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:

Эстроген для терапии приливов при менопаузе 17.10.2026

Менопауза сопровождается не только прекращением менструаций, но и целым рядом физиологических изменений, которые у некоторых женщин заметно влияют на самочувствие и качество жизни. Одними из наиболее распространенных проявлений становятся так называемые вазомоторные симптомы - прежде всего внезапные приливы жара и ночная потливость. Теперь специалисты Американской коллегии врачей предложили обновленный подход к их лечению, распределив доступные методы на три линии терапии в зависимости от эффективности, надежности доказательств и стоимости. Основное место в новых рекомендациях заняла гормональная терапия эстрогеном. После анализа данных 90 исследований эксперты определили ее как наиболее предпочтительный вариант для пациенток, которым такое лечение не противопоказано. Женщинам с сохраненной маткой рекомендуется сочетание эстрогена с прогестогеном, тогда как после удаления матки может применяться только эстроген. По оценке авторов рекомендаций, такая терапия лучше других рассмотренны ...>>

Печатный сенсорный интерфейс с распознаванием пользователей 17.10.2026

Сенсорные поверхности давно стали привычной частью электроники, однако большинство таких интерфейсов требует достаточно сложной конструкции с электродами, проводниками и специальными чувствительными слоями. Японские инженеры предложили значительно более простой подход: превратить обычный прозрачный лист ПВХ в сенсорную панель при помощи лазерного принтера. При этом нанесенный рисунок способен не только фиксировать движение пальца, но и помогать системе различать пользователей. Разработкой занималась команда Технологического института Сибаура. Создание интерфейса сводится к нанесению тонером специального узора непосредственно на пластиковый лист. В отличие от традиционных сенсорных панелей, внутри такой поверхности не требуется размещать электроды или прокладывать провода. Регистрация возникающих сигналов и их последующая интерпретация выполняются отдельной электронной системой. В основе технологии лежит трибоэлектрический эффект - возникновение электрического заряда при контакте ...>>

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 ...>>

Случайная новость из Архива На Энцеладе найдены все химические ингредиенты жизни 25.12.2022 В океане спутника Сатурна был обнаружен фосфор, ключевой компонент молекул ДНК и РНК. Теперь известно, что на Энцеладе есть все базовые элементы, входящие в состав биомолекул - все, необходимое для появления жизни. Энцелад - один из крупных спутников Сатурна. Его поверхность покрывает толстый слой льда, из разломов которого время от времени выбиваются гейзеры, указывающие, что там, на глубине, достаточно большой океан жидкой воды. Это делает Энцелад одним из самых многообещающих мест для поиска внеземной жизни. Такую возможность указывает и анализ его воды. В ней появляются и метан, и более сложные органические молекулы. За годы исследований в гейзерах Энцелада были найдены соединения водорода и кислорода, углерода, азота и серы - практически всех ингредиентов, входящих в состав биомолекул. А недавно к этому списку добавился и последний элемент, фосфор, служащий ключевым компонентом нуклеиновых кислот. Об этом сообщил Ясухито Секине (Yasuhito Sekine), выступивший на прошедшей недавно в Чикаго встрече Американского геофизического общества (AGU). Секине и его коллеги из Токийского технологического института использовали данные зонда Кассини. Работая в системе Сатурна, аппарат собрал информацию о химическом составе не только планеты и спутников, но и ее блестящих колец. В этом случае ученых интересовали вещества кольца Е, куда попадает вещество, выброшенное гейзерами Энцелада. Среди них оказались частицы, исключительно богатые фосфатом натрия. Судя по их количеству, подледный океан на спутнике может содержать это вещество в концентрации от одного до 20 миллимолов, что на порядки больше, чем в океанах Земли, где фосфор - элемент крайне дефицитный и востребованный. Авторы работы предполагают, что на Энцеладе он попадает в воду со дна, при растворении в ней апатитов, которые в изобилии встречаются в составе некоторых метеоритов, а значит - были и в ранней Солнечной системе, когда формировался спутник. Находка делает Энцелад еще более увлекательным и многообещающим местом с точки зрения поиска следов внеземной жизни. Возможно, это ускорит работу над такими проектами, включая миссию ESA, пока запланированную к запуску только после 2035 года.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026