Полупроводниковый диск в квантовой неподвижности: меньше одного фонона экспресс

Оригинал: "Optomechanical disk resonator in the quantum ground state of motion"
arXiv:2511.15492 · 2025-11-19 · CC BY 4.0 · 1 мин
Полупроводниковый диск размером с песчинку впервые охладили до квантового покоя: его дрожание стало меньше одного кванта звука.

Охлаждённый почти до абсолютного нуля с помощью жидкого гелия, полупроводниковый диск достиг такого низкого уровня энтропии, что его тепловое дрожание стало меньше одного фонона — кванта звука, то есть минимальной порции колебательной энергии в твёрдом теле. Для сравнения: обычная гитарная струна после щипка рождает миллиарды фононов; здесь же — в среднем 0,66 фонона, словно струна, застывшая в квантовой неопределённости: и движется, и нет.

Чтобы измерить это микроскопическое движение, исследователи использовали метод спектроскопии боковых полос Бриллюэна. К диску поднесли тонкую оптическую нить, и свет, рассеиваясь на его поверхности, выдавал фононы — по сдвигу частоты рассеянного света можно судить о колебаниях. Так удалось зафиксировать рекордно низкое тепловое возбуждение. Однако сам измерительный свет слегка нагревал диск, мешая полному охлаждению — аналогия со смычком, который вместо того чтобы успокоить струну, добавляет ей дрожь, остаётся точной: оптическое поле вносило энергию, ограничивая достижимый минимум фононов.

Такой контроль над макроскопическим объектом стирает границу между нашим, классическим миром и квантовым. Квантово-охлаждённые системы могут стать сердцем сверхчувствительных датчиков, способных улавливать гравитационные волны или регистрировать отдельные молекулы.

Охлаждение диска использует смесь жидких гелия-3 и гелия-4: при разделении смеси отбирается тепло — примерно как испаряющийся пот охлаждает кожу, но гораздо эффективнее.

Учёные
Klaus von KlitzingLev LandauHendrik LorentzShuji NakamuraVera RubinRobert Hooke
Понятия
квантовая оптомеханика точность оптического микрорезонатора оптически детектируемый магнитный резонанс фонон конденсат Бозе — Эйнштейна оптический резонатор криогенное микроволновое измерение микроволновый резонатор основное состояние оптический резонатор криостат