توسعه میکروفن کوانتومی برای اندازه گیری ذرات صدا - مجله یک کامپیوتر

به گزارش خبرنگاران، تاکنون اندازه گیری حالات فونون غیرممکن بود اما اخیرا در مطالعه ای که به رهبری یک ایرانی انجام شد پژوهشگران پیروز به اندازه گیری تک تک ذرات صدا توسط میکروفن کوآنتوم شدند.

ذرات صوتی که به نام فونون(phonons) شناخته می شوند، بسته هایی از انرژی ارتعاشی هستند که توسط اتم ها منتشر می شوند. بسته به فرکانس های آنها، مانند صدا یا گرما ظاهر می شوند. فونون ها همانند فوتون ها، که حامل های کوانتومی نور هستند، کوانتومش می شوند. انرژی ارتعاشی آنها متفاوت است.

فونون یک کوانتوم انرژی است. به برانگیزشِ گردآمدیِ(collective excitation) اتم ها در یک ساختار بلوری فونون می گویند. یا به بیانی ساده تر، نوسان های هماهنگ همه ی اتم ها در یک ساختار بلوری را فونون می گویند. در فیزیک کوانتومی برای بیان این نوسان اتم ها در شبکه بلور از مفهوم شبه ذره بهره می جویند که فونون نام دارد.

در فیزیک ماده چگال، فونون نقش بسیار مهمی دارد و بسیاری از خاصیت های مواد جامد از جمله رسانایی گرمایی و رسانایی الکتریکی توسط فونون ها صورت می پذیرد.

با این حال تاکنون اندازه گیری حالت فونون ها غیرممکن بود چرا که اختلاف انرژی در حالات مختلف بسیار کم بود. اما اکنون دیگر این موضوع غیرممکن نیست چرا که فیزیکدانان دانشگاه استنفورد یک میکروفن کوانتومی را ایجاد نموده اند که قادر به اندازه گیری فونون ها است.

امیر صفوی نائینی پژوهشگر ارشد این مطالعه و استاد فیزیک کاربردی دانشگاه استنفورد گفت:ما انتظار داریم این دستگاه بتواند به ما در آینده در ساخت انواع جدیدی از حسگرهای کوانتومی، مبدل ها و دستگاه های ذخیره سازی یاری کند.

این دستگاه حساس ترین میکروفن دنیا(worlds most sensitive microphone) نام گرفته زیرا در آن اختراعی به کار گرفته شده که آن را قادر به اندازه گیری حالت های فوک(Fock states) و اندازه گیری حالت های فونون ها نیز می سازد. حالات فوک انرژی یک سیستم مکانیکی را نشان می دهد. در مکانیک کوانتومی، حالت فوک یا حالت تعداد یک حالت کوانتومی است که عنصری از فضای فوک با تعداد معینی از ذرات یا کُوانتوم می باشد.

این حالات بر اساس تعداد فونون هایی که فراوری می نمایند بیان می شوند. به عنوان مثال، حالت فوک 1 شامل یک فونون از یک انرژی خاص است و هرچه حالت فوک بالاتر باشد، صدا بلندتر است.

پژوهشگران این میکروفن کوانتومی را از تشدیدگرهای نانومکانیک فوق سرد(supercooled nanomechanical resonators) همراه با یک مدار ابررسانا که شامل یک جفت الکترون که بدون مقاومت حرکت می نمایند بود، توسعه دادند. این مدار یک باند کوانتومی ایجاد می نماید که می تواند به صورت الکترونیکی خوانده گردد.

صفوی نائینی در پایان اضافه نمود: در حال حاضر، افراد از فوتون برای رمزگذاری این حالات استفاده می نمایند. ما می خواهیم از فونون ها که مزایای زیادی دارند، استفاده کنیم. دستگاه ما یک گام مهم در جهت ساخت یک رایانه مکانیکی کوانتوم مکانیکی است.

یافته های این مطالعه در مجله Nature منتشر شد.

بانیما: قدرت گرفته از سیستم مدیریت محتوای بانیما

مجله کامپیوتر: از کامپیوتر و IT کلی مقاله و ترفند جالب اینجا داریم