Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) разработали акустическую систему, которая позволяет моделировать квантовые явления, используя звуковые волны. Такой подход обходит сложности, связанные с наблюдением хрупких квантовых систем, и открывает новые перспективы для исследований телекоммуникаций и квантовых вычислений.
В основе системы лежит акустический метаматериал, состоящий из 16 взаимосвязанных кубиков – «акустических атомов». Каждый кубик оснащен динамиком и микрофоном, что позволяет генерировать и регистрировать звуковые волны, имитирующие поведение квантовых частиц. Уникальность этой системы заключается в возможности прямого измерения характеристик звуковых волн (фазы и амплитуды) без нарушения их состояния, что невозможно при работе с квантовыми системами из-за эффекта наблюдателя. Благодаря высокой управляемости «акустических атомов», метаматериал можно настраивать для моделирования различных квантовых явлений, недоступных для прямого наблюдения в природе.
Этот подход открывает возможности для изучения квантовых эффектов. Например, принцип суперпозиции, иллюстрируемый знаменитым мысленным экспериментом «кот Шрёдингера», можно легко продемонстрировать с помощью звука. Звук музыкального инструмента – это наложение множества частот, воспринимаемых нами одновременно. Аналогично, квантовая частица может находиться в нескольких состояниях одновременно до момента измерения. Акустическая система позволяет исследовать такие явления без разрушения их «суперпозиции». Кроме того, структура метаматериала напоминает строение улитки уха, что позволяет использовать его для моделирования слуховых процессов и изучения проблем слуха, таких как тиннитус. Одним из самых перспективных направлений является разработка акустического аналогового компьютера, способного обрабатывать информацию подобно квантовому компьютеру, но с использованием более устойчивых к помехам звуковых волн.