Какая система будет самой громкой, а какая даст «абсолютную» тишину: два любопытных научных проекта

Группа физиков из Австралии, Сингапура и Китая разработала технологию управления квантовым состоянием фотонов в вакуумном шуме. В перспективе решение увеличит точность квантовых вычислений.

Рассказываем, как устроена «самое тихое» система. Также поговорим о другом научном проекте — его участникам, наоборот, удалось сгенерировать самый громкий звук на планете.

^{[1]
Фото Oleg Laptev [2] / Unsplash}

Тише тишины

В любом, даже самом тихом месте на планете ^[3], присутствует так называемый вакуумный шум. Его источником является вакуумная энергия ^[4], которая составляет основу вселенной. Эту энергию генерируют атомы и молекулы, излучающие электромагнитные волны при переходе из возбужденного состояния в стабильное (эффект спонтанного излучения ^[5]). Вакуумный шум существует даже в тихих, изолированных темных комнатах и может мешать работе квантовых сетей и компьютеров — вызывать помехи при кодировании информации в квантовом состоянии фотонов.

Команда ученых, ведомая физиками и инженерами из Австралийского национального университета (ANU), предложила решение проблемы. Специалисты представили ^[6] устройство для управления квантовым состоянием фотонов на энергетическом уровне, который обычно заглушается вакуумным шумом.

Его принцип действия основан на методе сжатия света. Это — квантовое явление, позволяющее ^[7] перераспределить неточности в определении параметров света, связанных с принципом Гейзенберга ^[8] (он не позволяет одновременно измерить координату и импульс частицы). По сути, оно уменьшает погрешность по одной из осей (амплитуде или фазе) и дает возможность работать при уровне шума меньшем, чем тишина.

Ученые занимаются ^[9] технологиями сжатия света уже более 20 лет. Эту же методику они использовали для повышения точности оптических измерений. Например, в километровых интерферометрах для регистрации гравитационных волн. Авторы исследования ожидают, что их новое устройство поспособствует развитию квантовых вычислений и шифрования.

Команда уже представила результаты работы на ежегодном конкурсе Rising Star of Light — его проводит издательская компания Springer Nature — и заняла первое место. Однако инженерам предстоит решить несколько проблем. Например, предложенный ими метод пока нестабилен ^[10]. Но когда он технология будет обкатана, она сможет «выйти» за пределы лаборатории.

Полная противоположность — самый громкий звук

В прошлом году группа исследователей из Национальной ускорительной лаборатории США (SLAC) сумела достичь ^[11] расчетного предела громкости звука в водной среде — 270 дБ. Это значительно больше ^[12], чем у взлетающего самолета или ракеты. Инженеры использовали ^[13] рентгеновский лазер Linac Coherent Light Source (LCLS) — он способен создать «молекулярную черную дыру ^[14]» и нагреть воду до 100 000 °C. Короткими импульсами «бомбардировали» тонкие струи воды диаметром 14–30 мкм. Под воздействием излучения жидкость мгновенно испарялась, порождая ударную волну.

Сгенерировать звук громче 270 дБ в жидкой среде невозможно. За пороговым значением вода перестает испаряться и превращается в микропузырьки, заполненные паром. После образования они сразу схлопываются (происходит так называемая кавитация ^[15]), но звуковая волна уже не формируется.

По словам ^[16] представителей SLAC, в перспективе подобные эксперименты помогут лучше понять, как высокая громкость воздействует на физические и биологические образцы. Это откроет новые возможности в разработке материалов.

«Гул Земли»: теории заговора и возможные объяснения ^[17]
Аудиотехнология: как кусочки пластика перемещают с помощью ультразвука и зачем это нужно ^[18]
Окна с активным шумоподавлением заглушат звуки мегаполиса ^[19]
Какие плюсы и минусы есть у самых тихих мест на планете ^[3]
Ученые нашли участок мозга человека, отвечающий за высоту тона нашей речи ^[20]

Автор: Audioman

Источник ^[21]