دانشمندان ذرات صوت را به کنترل خود درآوردند!

مجله علمی ایلیاد - محققین توانسته‌اند کنترل ذرات صوت یا همان فونون‌ها را به دست بگیرند. هر چند فونون‌ها به‌عنوان کوچک‌ترین واحد از انرژی نوسانی ایجاد کننده‌ی امواج صوتی در حقیقت ماده نیستند، ولی همان‌طور که فوتون‌ها، ذرات نور به حساب می‌آیند؛ فونون‌ها نیز ذرات صوت هستند. فوتون‌ها در کامپیوترهای کوانتومی به عنوان منبع ذخیره‌ی اطلاعات به حساب می‌آیند. هدف این کامپیوترها استفاده از اثرات کوانتومی برای دستیابی به قدرت پردازش‌های بسیار بالا است. هر چند لازم است که فونون‌ها را برای استفاده به جای ذرات نور، در مقیاس‌های بسیار دقیق دستکاری کرد، ولی استفاده از آن‌ها به جای نور می‌تواند مزایای زیادی داشته باشد.

تا کنون دانشمندان توانایی دستکاری ذرات صوت را نداشتند و فقط آن‌ها را تشخیص می‌دادند و نابود می‌کردند. روش‌های اخیر شامل تبدیل فونون‌ها به الکتریسیته در مدارهای کوانتومی بوده است. این مدارات کوانتومی، انرژی را فقط با مقادیر خاص دریافت می‌کنند. اگر انرژی فونون با مدار همخوانی داشته باشد، مدار آن‌را جذب کرده و فونون را نابود می‌کند؛ ولی همزمان با آزاد کردن انرژی، حضور فونون را اعلام می‌کند. در یک مطالعه‌ی جدید، دانشمندان پروژه‌ی «JILA»، واحدهای انرژی مدارات انرژی ابررسانا را تغییر داده و بنابراین فونون‌ها نابود نمی‌شوند و در عوض باعث سرعت گرفتن جریان در مدار می‌شوند. این کار به خاطر یک ماده‌ی ویژه که در پاسخ به نوسانات، میدان الکتریکی تولید می‌کند، امکان‌پذیر شده است. آزمایش‌ها می‌توانند مقدار تغییر بار ایجاد شده در جریان توسط هر فونون‌ را تعیین کنند.

«لوکاس سلیتن» از دانشگاه کلرادو، می‌گوید: «موفقیت‌های زیادی در استفاده از مدارات ابررساناها تا کنون به‌دست آمده است تا به این ترتیب بتوان حالات کوانتومی نور را کنترل کرد.» نتایج تحقیقات این دانشمندان در مجله‌ی Physical Review X چاپ شده است. یکی از تفاوت‌های نور با صوت این است که سرعت صوت بسیار پایین‌تر است. سلیتن و همکارانش از این مزیت استفاده کرده‌اند و توانسته‌اند سرعت جریان را افزایش دهند. آن‌ها فونون‌های دارای طول موج‌های خاص را بین دو آینه‌ی آکوستیک گیر انداخته‌اند تا موقعیت دقیق آن‌ها را داشته باشند. فاصله‌ی آینه‌های مورد استفاده به اندازه‌ی یک تار مو است. کنترل نور به این طریق، نیاز به آینه‌هایی دارد که فاصله‌ی ۱۲ متری از یکدیگر دارند.

کم بودن سرعت صوت اجازه می‌دهد که بتوان فونون‌های دارای چندین طول موج را شناسایی کرد. با این کار دانشمندان می‌توانند ظرفیت کامپیوترهای کوانتومی را افزایش دهند. دانشمندان باید راهی پیدا کنند تا فونون‌ها، طول عمر طولانی‌تری از عمر کنونی آن‌ها که ۶۰۰ نانوثانیه است داشته باشند. این تحقیقات می‌تواند راه را برای پیشروی در محاسبات کوانتومی باز کند.