🔺 دیدن جهش‌های کوانتومی صوت برای نخستین بار: گامی تاریخی به رهبری فیزیکدانان استنفورد
🔹 وقتی زنگی را به صدا درمی‌آورید، طنین آن به آرامی و به صورت پیوسته محو می‌شود تا در نهایت سکوت برقرار شود. اما در ژرفای دنیای کوانتومی، ارتعاشات این‌گونه رفتار نمی‌کنند. تیمی از فیزیکدانان دانشگاه استنفورد به رهبری فیزیکدان ایرانی، امیر صفوی نائینی، برای نخستین بار در تاریخ موفق شده‌اند «جهش کوانتومی صوت» را به شکل بلادرنگ مشاهده و ثبت کنند؛ پدیده‌ای که نشان می‌دهد انرژی صوت نه به شکل تدریجی، بلکه در گام‌هایی ناگهانی و ناپیوسته فرو می‌ریزد.
❕ فونون چیست و چرا ثبت جهش کوانتومی آن بیش از یک قرن طول کشید؟
همان‌طور که فوتون کوچک‌ترین بسته سازنده نور است، «فونون» نیز کوانتوم یا بسته بنیادین ارتعاش صوتی در شبکه اتمی مواد جامد است. در فیزیک، مفهوم جهش کوانتومی به تغییر ناگهانی تراز انرژی یک ذره اطلاق می‌شود؛ این پدیده دهه‌ها قبل برای الکترون‌ها و فوتون‌ها ثبت شده بود، اما اثبات آن برای صوت به دلیل شکنندگی فوق‌العاده حالات مکانیکی و تداخل گرمای محیط، تا امروز به عنوان معمایی حل‌نشده باقی مانده بود.
🔹 این دستاورد که در ژورنال معتبر Science منتشر شده، حاصل تکامل پروژه‌ای است که تیم دکتر صفوی نائینی از سال ۲۰۱۹ با توسعه اولین «میکروفن کوانتومی» در دانشگاه استنفورد پایه‌گذاری کرده بود. در این آزمایش تازه، دانشمندان یک تشدیدگر مکانیکی مینیاتوری ساختند که به ارتعاش صوتی امکان می‌دهد تا دو میلی‌ثانیه دوام بیاورد؛ این زمان در مقیاس ابعاد نانو، معادل ساعت‌ها طنین‌انداز ماندن یک دیاپازون صوتی معمولی است.
❕ چگونه صوت بدون تخریب شدن اندازه‌گیری شد؟
بزرگ‌ترین معضل در مکانیک کوانتوم این است که عمل سنجش معمولاً خود حالت شکننده سیستم را از بین می‌برد. پژوهشگران برای غلبه بر این سد، تشدیدگر صوتی را به یک «کیوبیت ابررسانا» متصل کردند. این مدار الکتریکی بدون دستکاری یا توقف نوسان، صدها بار در طول ارتعاش، سطح انرژی فونون را رصد کرد و توانست لحظه دقیق «جهش ناگهانی» سیستم از تراز برانگیخته یک به تراز انرژی صفر را بدون نابودی اطلاعات ثبت کند.
🔹 این دستاورد تجربی چشم‌انداز کاربردی فوق‌العاده‌ای پیش روی فناوری‌های نوین می‌گذارد. جهش‌های ناگهانی در سیستم‌های محاسباتی اغلب نشانه بروز اختلال هستند؛ بنابراین پایش مستقیم فونون‌ها می‌تواند ابزاری انقلابی برای تصحیح خطای پردازنده‌های کوانتومی و همچنین طراحی حسگرهای بیولوژیکی فوق‌حساس برای ردیابی ذرات پروتئینی درون سلول‌های زنده باشد.
[منبع]
🆔 @Science_Focus
#فیزیک_کوانتوم #صوت #فونون #فناوری_کوانتومی #امیر_صفوی_نائینی #Science #دانشمندان_ایرانی
ScienceDaily
For the first time, scientists watch sound jump between quantum states
Stanford researchers have recorded the first real-time quantum jumps of sound, watching single phonons abruptly vanish from one energy state to another. The breakthrough could open new paths for quantum computing, error correction, highly sensitive biological…
2
1۱۲ مهر ۱۴۰۵ ۲۱۶ ۸
