В мире, где квантовая физика остается одной из самых загадочных областей науки, исследователи из Лаборатории волновой инженерии EPFL нашли неожиданный подход к изучению квантовых явлений. Они создали акустическую систему, которая позволяет наблюдать за поведением, аналогичным квантовому, без разрушительного вмешательства в наблюдаемую систему.
Матье Падлевски, аспирант и самопровозглашенный «разочарованный физик», совместно с Эрве Лиссеком и Роменом Флери разработал уникальный метаматериал, результаты исследования которого были опубликованы в журнале Physical Review B. Этот инженерный материал с экзотическими свойствами открывает новые возможности для изучения конденсированной материи и макроскопических свойств квантовых систем.
Главная проблема квантовой физики, известная со времен мысленного эксперимента Эрвина Шрёдингера с котом (1935 год), заключается в том, что любое измерение квантовой системы неизбежно нарушает её состояние. Это фундаментальное ограничение делает прямое наблюдение квантовых явлений практически невозможным. Однако команда EPFL нашла элегантное решение, используя звуковые волны как аналог квантовых волн.
Созданный метаматериал представляет собой линию из 16 небольших кубов, названных «акустическими атомами». Кубы соединены отверстиями, в которых размещены динамики и микрофоны. Динамики генерируют звуковые волны, которые распространяются по линии, а микрофоны измеряют эти волны для обеспечения обратной связи. Высокая настраиваемость активных элементов позволяет синтезировать явления, выходящие за рамки природных.
«Звук существует как суперпозиция частот – основной тон плюс гармоники. Мы можем измерять его напрямую по фазе и амплитуде, не разрушая состояние системы,» – объясняет Падлевски. Это ключевое преимущество звуковых волн перед квантовыми: возможность наблюдать без вмешательства.
Потенциальные применения этой технологии впечатляют. Исследователи видят возможности в манипулировании волнами для телекоммуникаций, сборе энергии из волн и даже изучении проблем слуха, таких как тиннитус. Интересно, что улитка внутреннего уха по своей структуре напоминает разработанный метаматериал.
Пьер Деймье из Аризонского университета, известный своими работами в области акустических аналоговых вычислений, уже продемонстрировал возможности подобных систем. Команда EPFL планирует развить эти идеи, создав акустический аналоговый компьютер, способный генерировать неразделимые состояния и обрабатывать огромные объемы информации одновременно.
«Мы создали своеобразную игровую площадку, вдохновленную квантовой механикой, которая позволяет изучать свойства, выходящие за рамки физики твердого тела,» – отмечают исследователи. Их система предлагает уникальную возможность напрямую наблюдать суперпозиционные состояния без вмешательства в систему, что может привести к прорывам в понимании квантовых явлений и разработке новых технологий.
Эта инновационная работа демонстрирует, как междисциплинарный подход, объединяющий акустику и квантовую физику, может обойти фундаментальные ограничения и открыть новые горизонты для научных исследований и технологических разработок.
Изображение носит иллюстративный характер
Матье Падлевски, аспирант и самопровозглашенный «разочарованный физик», совместно с Эрве Лиссеком и Роменом Флери разработал уникальный метаматериал, результаты исследования которого были опубликованы в журнале Physical Review B. Этот инженерный материал с экзотическими свойствами открывает новые возможности для изучения конденсированной материи и макроскопических свойств квантовых систем.
Главная проблема квантовой физики, известная со времен мысленного эксперимента Эрвина Шрёдингера с котом (1935 год), заключается в том, что любое измерение квантовой системы неизбежно нарушает её состояние. Это фундаментальное ограничение делает прямое наблюдение квантовых явлений практически невозможным. Однако команда EPFL нашла элегантное решение, используя звуковые волны как аналог квантовых волн.
Созданный метаматериал представляет собой линию из 16 небольших кубов, названных «акустическими атомами». Кубы соединены отверстиями, в которых размещены динамики и микрофоны. Динамики генерируют звуковые волны, которые распространяются по линии, а микрофоны измеряют эти волны для обеспечения обратной связи. Высокая настраиваемость активных элементов позволяет синтезировать явления, выходящие за рамки природных.
«Звук существует как суперпозиция частот – основной тон плюс гармоники. Мы можем измерять его напрямую по фазе и амплитуде, не разрушая состояние системы,» – объясняет Падлевски. Это ключевое преимущество звуковых волн перед квантовыми: возможность наблюдать без вмешательства.
Потенциальные применения этой технологии впечатляют. Исследователи видят возможности в манипулировании волнами для телекоммуникаций, сборе энергии из волн и даже изучении проблем слуха, таких как тиннитус. Интересно, что улитка внутреннего уха по своей структуре напоминает разработанный метаматериал.
Пьер Деймье из Аризонского университета, известный своими работами в области акустических аналоговых вычислений, уже продемонстрировал возможности подобных систем. Команда EPFL планирует развить эти идеи, создав акустический аналоговый компьютер, способный генерировать неразделимые состояния и обрабатывать огромные объемы информации одновременно.
«Мы создали своеобразную игровую площадку, вдохновленную квантовой механикой, которая позволяет изучать свойства, выходящие за рамки физики твердого тела,» – отмечают исследователи. Их система предлагает уникальную возможность напрямую наблюдать суперпозиционные состояния без вмешательства в систему, что может привести к прорывам в понимании квантовых явлений и разработке новых технологий.
Эта инновационная работа демонстрирует, как междисциплинарный подход, объединяющий акустику и квантовую физику, может обойти фундаментальные ограничения и открыть новые горизонты для научных исследований и технологических разработок.
