Za ustaleniami stoją naukowcy powiązani z Max Planck Institute for the Science of Light. Wyciągnięte przez nich wnioski są dostępne w Physical Review Letters. Jak się okazuje, dokonane postępy doprowadziły do wykonania kolejnego kroku w kierunku tzw. kwantowego stanu podstawowego dźwięku. Brzmi to bardzo enigmatycznie, dlatego warto zacząć od wyjaśnienia, czym dokładnie zajmuje się akustyka kwantowa i na czym polegały wysiłki naukowców, którymi kierowała Birgit Stiller.
Czytaj też: Kwantowy ping-pong stał się rzeczywistością. Aż trudno uwierzyć w to, co naukowcy robią z atomami
Wspomniana dziedzina odnosi się do badań poświęconych zachowaniu dźwięku w warunkach, w których istotne są efekty mechaniki kwantowej. Jak się okazuje, dźwięki o bardzo wysokiej częstotliwości lub te wytwarzane w bardzo niskich temperaturach mogą podlegać efektom kwantowym. To z kolei rodzi szereg potencjalnych zastosowań, między innymi związanych z przenoszeniem informacji na nowe sposoby czy też znacznie dokładniejszym badaniem świata na poziomie atomowym.
Jeśli zaś chodzi o to, co robili niemieccy naukowcy, to zajmowali się oni schładzaniem przemieszczających się fal dźwiękowych w falowodach. Ich osiągnięcia w tym zakresie okazały się rekordowe, ponieważ członkowie zespołu badawczego wykorzystali wiązki laserowe do wyjątkowo rozległego chłodzenia fal. Takie postępy powinny w przyszłości zaprocentować w postaci projektowania kwantowych systemów komunikacyjnych i zaawansowanych technologii kwantowych.
Akustyka kwantowa odnosi się do badań poświęconych zachowaniu dźwięku w warunkach, w których istotne są efekty mechaniki kwantowej
Kwantowy stan podstawowy dźwięku w fali akustycznej o określonej częstotliwości może zostać osiągnięty poprzez schłodzenie układu do bardzo niskich temperatur. W takich okolicznościach tzw. fonony akustyczne stają się na tyle mało liczne, że zdecydowanie spada ryzyko wystąpienia zakłóceń w pomiarach kwantowych. Pozwala to również na eliminację większości różnic dzielących mechanikę klasyczną i kwantową.
I choć na przestrzeni lat naukowcom zajmującym się tym tematem udało się schłodzić wibracje mechaniczne do kwantowego stanu podstawowego, to nie było to możliwe w przypadku światłowodów stanowiących środowisko przemieszczania się wysokoczęstotliwościowych fal dźwiękowych. Osiągnięcie tego celu może być tuż za rogiem, a to za sprawą ostatnich starań poczynionych przez Stiller i jej współpracowników.
Czytaj też: Stworzyli miniaturową pamięć kwantową. Nadaje się do masowej produkcji
W czasie eksperymentów w temperaturze -199 stopni Celsjusza naukowcy zredukowali liczbę wspomnianych fononów aż o 75%. Sukces był możliwy dzięki wykorzystaniu światła laserowego oraz implementacji nieliniowego efektu optycznego stymulowanego rozpraszania Brillouina. Ten ostatni jest związany ze scenariuszem, w którym fale świetlne są sprzężane z falami dźwiękowymi. Wibracje zostają wtedy schłodzone, a ilość szumów – zredukowana. O ile w poprzednich tego typu eksperymentach długość światłowodu była bardzo niewielka, tak tutaj miał on aż 50 centymetrów. Fala dźwiękowa rozciągająca się na całym tym dystansie została schłodzona do skrajnie niskich temperatur, co toruje drogę w kierunku szerokopasmowych zastosowań w technologii kwantowej.
