Метаматериал, который «слышит» суперпозицию: учёные создали звуковой конструктор для квантовых задач
[unable to retrieve full-text content]
Учёные из Швейцарии создали уникальную акустическую систему, которая помогает изучать сложные физические явления, обычно доступные только в мире квантовой механики, —, но делает это с помощью звука. Разработка способна имитировать поведение сверхплотных материалов и открывает дорогу к новым технологиям — от улучшенной связи до медицинских устройств.
Система состоит из 16 модульных блоков, каждый размером с небольшую колонку. Внутри них установлены динамики и микрофоны: первые генерируют звуковые волны, вторые — анализируют их. Если обычные квантовые эксперименты требуют сверхнизких температур и идеальных условий, то здесь всё работает при комнатной температуре.
«Это как конструктор для взрослых. Мы настраиваем волны так, чтобы они вели себя подобно электронам в твёрдом теле, но без риска разрушить хрупкие состояния», — шутит аспирант Матьё Падлевски, один из авторов проекта.
Источник: Alain Herzog / EPFL
В квантовой физике объекты могут находиться в нескольких состояниях одновременно. Но при измерении это свойство исчезает. Звук же, как выяснилось, сохраняет «многозадачность», не разрушая наблюдения. Учёные использовали этот принцип, чтобы создать аналог знаменитого парадокса «кота Шрёдингера» —, но для акустики. Их система одновременно воспроизводит и анализирует комбинации частот, как если бы кот мог мяукать и мурлыкать в один момент.
Конструкция метаматериала вдохновлена человеческим ухом. Улитка внутреннего уха содержит тысячи клеток, каждая из которых реагирует на определённую частоту — именно так мы различаем голоса или инструменты. Система работает похожим образом — её можно настроить на усиление конкретных звуков.
У технологии есть и более смелые применения. Например, инженеры предлагают использовать подобные метаматериалы для создания акустических компьютеров. Вместо битов, которые передают »0» или »1», такие устройства могли бы обрабатывать звуковые волны как многомерные сигналы — подобно тому, как квантовые компьютеры работают с кубитами. Это ускорило бы расчёты в задачах оптимизации связи или управления энергопотоками.
Уже сейчас система позволяет точнее направлять волны — будь то звук в наушниках с шумоподавлением или сигналы в сотовых сетях. В будущем её можно масштабировать для моделирования сложных структур — например, материалов, которые проводят энергию только по поверхности. Команда EPFL также экспериментирует с алгоритмами машинного обучения, чтобы «научить» метаматериал автономно адаптироваться под разные задачи.
© iXBT
