Квантовое радио⁠⁠

Кванты - мельчайшие неделимые порции энергии, которые, благодаря научным сотрудникам Делфтского технического университета, стало возможным услышать.

Исследователи Делфтского технического университета создали квантовую схему, благодаря которой появилась возможность услышать самый слабый радиосигнал, допускаемый квантовой механикой. Новая квантовая схема найдет не только практическое применение в области радиоастрономии и медицине (а именно в магнитно-резонансной томографии), но и станет полезна в экспериментах, которые прольют свет на связь квантовой механики и гравитации.

Квантовый чип размером 1x1 см, который позволяет ученым услышать кванты радиосигнала

Со слабым радиосигналом вы знакомы – слушая радио, вы пытаетесь избежать появления некачественного звука, меняя станцию на ту, источник которой находится ближе к вам. Но слабый радиосигнал является проблемой не только для людей, но и для магнитно-резонансных томографических установок и радиотелескопов, которые ученые используют для изучения космических пространств.

Группа сотрудников под руководством профессора Гэри Стила (Gary Steele) продемонстрировала запечатление фотонов или квантов энергии – самых слабых сигналов, допустимых квантовой механикой – на радиочастотах с помощью квантовой схемы.

Квантовые порции

Один странный постулат квантовой механики гласит, что энергия передается мельчайшими порциями, называемыми квантами. Что это означает? “Я раскачиваю ребенка на качелях”, - говорит старший исследователь группы Марио Гели (Mario Gely). “В классической физике, если я хочу немного ускорить движение качелей, я могу слабо толкнуть их, сообщая таким образом энергию и скорость. Но квантовая механика говорит иначе: я могу увеличить энергию качелей только на один «квантовый шаг» за раз. Сообщить половину этой энергии невозможно”.

Для ребенка на качелях такие «квантовые шаги» слишком ничтожны, чтобы их заметить. До недавнего времени аналогично считалось для радиоволн. Однако исследовательской группе удалось создать квантовую цепь, которая позволяет регистрировать кванты энергии на частотах радиоволны, давая возможность считывать волны на квантовом уровне.

Из квантового радио в квантовую гравитацию?

Помимо практического применения, исследователи Делфта заинтересованы в выведении квантовой механики на следующий уровень. Не смотря на то, что теория квантовой электродинамики была разработана около 100 лет назад, физики до сих пор не могут объединить квантовую механику с гравитацией.

“Используя наше квантовое радио, мы хотим послушать и проконтролировать квантовые вибрации, исходящие от тяжелых объектов; тем самым мы выясним, что произойдет при смешивании квантовой механики с гравитацией”, говорит Марио Гели. “Подобные эксперименты трудновыполнимы, но в случае успеха мы сможем попробовать создать суперпозицию пространства-времени – новую концепцию, которая проверит наше понимание как квантовой механики, так и теории относительности“.

Исследование

Источник