Группа исследователей из Венского университета, Австрия, и Технологического университета Дельфта, Нидерланды, разработали новый метод, позволяющий производить измерения и управлять некоторыми параметрами квантов звуковых колебаний, фононов, при помощи фотонов света. Этот метод может стать основой новых типов устройств хранения и обработки информации, на базе которых будут строиться квантовые компьютеры и коммуникационные системы.

Ученые уже давно заметили, что фононы демонстрируют поведение, свойственное поведению частиц, из-за чего они были отнесены к классу квазичастиц. Более того, нематериальная природа фононов позволяет использовать их в качестве моста между миром классической физики и квантовым миром. Но для того, чтобы иметь возможность использовать фононы с этой целью необходимо уметь не только получать их, но и измерять и управлять их параметрами, отвечающими за их квантовое состояние.

Разработанный учеными новый метод основывается на импульсах высокоэнергетического синего света, освещающих так называемый кремниевый оптомеханический кристалл, имеющий определенную форму. Под воздействием энергии фотонов синего света кристалл начинает вибрировать особым образом и в его среде возникают фононы. А для взаимодействия с этими фононами ученые используют импульсы низкоэнергетического красного света. Фотоны красного света взаимодействуют с фононами, не оказывая влияния на их квантовое состояние, некоторые из них отражаются назад и улавливаются датчиками интерферометра, который измеряет все основные параметры этих фотонов.

Информация, которую несут в себе фотоны отраженного красного света, содержит информацию о состоянии фононов, находящихся внутри кристалла. Собранные учеными данные показали, что некоторые фононы в кристалле подчиняются в большей мере законам квантовой механики, нежели законам классической физики, т.е. являются квантовыми частицами, которые можно использовать в различных квантовых технологиях.

Во время исследований ученые продемонстрировали, что за счет квантовой природы фотонов света и некоторых фононов внутри кристалла новая технология может быть использована для хранения квантовой информации. А матрицы из кремниевых кристаллов-резонаторов могут быть размещены прямо на кристалле квантового процессора или на отдельном кристалле квантовой памяти, достаточно большого объема, наличие которой может существенно расширить возможности квантовых вычислительных систем.