Физики очень хорошо проводят измерения с единичными фотонами света. Вскоре, однако, они могут сделать обычными исследования одиночных фононов — квантов звука. Это заявляют физики из Швеции и Германии, которые говорят, что они обнаружили звуковые волны настолько слабые, что они почти на квантовом пределе.
Новое устройство способно почувствовать механические колебания, пробегающие по твёрдой поверхности, с высотой гребней в несколько процентов от диаметра протона. Поведение таких слабых звуков определяется уже в большей степени квантовой механикой, чем классической физикой.
Только пару лет назад мы удивлялись микрофону, различающему плеск жгутиков у бактерий. Но те шумы – это просто настоящий рёв урагана, в сравнении со звуками, на которые нацелен новый прибор, созданный специалистами из технологического университета Чалмерса.
Их квантовый микрофон основан на одноэлектронном транзисторе с пьезоэлектрической связью. Этот переключатель пропускает только один электрон при срабатывании.
Поверхностные механические волны, проходящие по кристаллу, на котором лежит микрофон, вызывают небольшое смещение зарядов в атомах. Этого смещения достаточно для переключения транзистора, которое далее фиксируется электроникой. Так микрофон способен записывать очень слабый звук.
Для проверки работы прибора, учёные построили на поверхности чипа трёхмиллиметровую эховую камеру. С помощью квантового микрофона они отслеживали, как акустические волны прокатываются внутри камеры и отражаются от её стенок.
Использованные в опыте колебания слишком малы для других методов детекции. Частота звука составляла 932 МГц, а длина волны – 3 мкм (но при этом чувствительный элемент микрофона — ещё меньше).
Авторы опыта полагают, что необычный микрофон позволит провести ряд новых опытов. В частности, можно будет создавать гибридные установки, скрещивающие классические и квантовые системы, исследовать квантовую акустику, например, зондировать взаимодействие фононов в кристаллической решётке или отслеживать акустическую связь между сверхпроводящими кубитами.
