Акустичен модел пресъздава света на квантовите изчисления

Разработчиците на акустичната система Матьо Падлевски, Ромен Фльори и Ерве Лисек Херцог (снимка: EFPL / Alain Herzog)

Квантовите изчисления напредват бързо и предизвикват все по-голям интерес в изследователските среди и бизнеса. Група учени дори създаде акустичен модел на квантовия свят. Разработката може да послужи в бъдеще за изграждане на акустичен аналогов квантов компютър.

Изследователи от Федералното политехническо училище в Лозана (EPFL) са разработили акустична система, която позволява симулиране на квантови явления с помощта на звукови вълни. Този подход заобикаля трудностите, свързани с наблюдението на крехки квантови системи, и отваря нови перспективи за изследвания в областта на телекомуникациите и квантовите изчисления.

Системата е базирана на акустичен метаматериал, състоящ се от 16 свързани помежду си кубчета – „акустични атоми”. Всеки куб е оборудван с високоговорител и микрофон, което му позволява да генерира и записва звукови вълни, които симулират поведението на квантовите частици.

Уникалността на тази система се състои във възможността за директно измерване на характеристиките на звуковите вълни (фаза и амплитуда), без да се нарушава тяхното състояние, което е невъзможно при работа с квантови системи, поради ефекта на наблюдателя.

Благодарение на високата управляемост на „акустичните атоми”, метаматериалът може да бъде настроен да симулира различни квантови явления, които са недостъпни за пряко наблюдение в природата. Този подход отваря възможности за изследване на квантовите ефекти.

Например, принципът на суперпозицията, илюстриран от известния мисловен експеримент „котката на Шрьодингер”, може лесно да бъде демонстриран с помощта на звук. Звукът на музикален инструмент е наслагване на много честоти, които възприемаме едновременно. По същия начин една квантова частица може да бъде в няколко състояния едновременно, преди да бъде измерена.

Акустичната система ни позволява да изучаваме такива явления, без да разрушаваме тяхната „суперпозиция”. Освен това структурата на метаматериала наподобява структурата на кохлеята, което позволява този материал да се използва за моделиране на слухови процеси и изследване на слухови проблеми като шум в ушите.

Една от най-обещаващите области е разработването на акустичен аналогов компютър, способен да обработва информация като квантов компютър, но използвайки звукови вълни, които са по-устойчиви на смущения.