Звуки атомов

Шведским ученым из Технического университета Чалмерса впервые удалось использовать звук для взаимодействия с искусственным атомом. Они тем самым продемонстрировали явление из квантовой физики, в котором роль света на себя взял звук. Результаты этого исследования будут опубликованы в журнале Science.
 
Взаимодействие между атомами и светом хорошо известно и довольно активно изучалось исследователям в области квантовой оптики. Однако, реализация такого же взаимодействие со звуковыми волнами представлялась проблемной. Ученые из университета Чалмерса смогли связать акустические волны с искусственными атомом. Исследование проводилось совместно специалистами в области экспериментальной и теоретической физики.
 
«Мы открыли новую дверь в квантовый мир, «слушая» и «разговаривая» с атомами, — рассказывает Пер Делсинг (Per Delsing), руководитель экспериментально-исследовательской группы. — Наша долгосрочная цель состоит в использовании квантовой физики с тем, чтобы мы могли извлечь пользу из ее законов, например, в невероятно быстрых компьютерах. Мы создаем электрические схемы, которые работают в соответствии с этими законами, и которые мы можем контролировать и изучать».
 
Искусственный атом — пример такой квантовой электрической схемы. Как и обычный атом, он после возбуждения начинает излучать энергию в виде элементарных частиц, обычно — фотоны. Но в описываемом эксперименте «сконструированный» особым способом атом излучал и поглощал энергию в виде звуковых волн. 
 
«В соответствии с теорией звук, излучаемый атомом, делится на квантовые частицы, — рассказывает Мартин Густафссон (Martin Gustafsson), один из авторов научной статьи. — Такая частица — самый слабый звук, который можно обнаружить».
 
Так как звук распространяется гораздо медленнее, чем свет, такие искусственные атомы открывают абсолютно новые возможности для управления квантовыми явлениями.
 
«Благодаря низкой скорости распространения звуковых волн, у нас будет достаточно времени для управления квантовыми частицами во время их путешествия, — объясняет Мартин Густафссон. — Это сложная задача при работе со световым излучением, частицы которого движутся в 100 000 раз быстрее.
 
Низкая скорость распространения звуковых колебаний также предполагает, что звук имеет гораздо большую длину волны, чем свет. Атом, который взаимодействует со световым излучением, всегда меньше длины волны. Если же говорить о длине звуковых волн, то атом может быть намного больше, а, соответственно, его свойства будут лучше контролироваться. Например, можно создать атом, который будет взаимодействовать лишь со звуком определенной частоты, или сможет поддерживать особо сильное взаимодействие со звуковым излучением.