Компьютеры учатся слышать: будущее вычислений рождается в вибрации атомов

Эндрю Клилэнд: фононы открывают перспективы для новой области квантовой фонники

Учёные из Чикагского университета предложили необычное направление в квантовых вычислениях — построение компьютера на основе звука. Если раньше лидером в этой области считались фотоны, то теперь внимание исследователей переключилось на фононы — мельчайшие квазичастицы, отвечающие за перенос звука и тепла. Новый подход открывает перспективы для создания квантовых процессоров, где роль "носителя информации" играет звук.

Фононы как основа квантовых систем

Команда профессора Эндрю Клилэнда впервые показала возможность детерминированного фазового контроля фононов. Это означает, что информация, передаваемая через такие системы, становится предсказуемой: то, что отправлено, то и будет получено на выходе. В отличие от фотонов, которые всегда подвержены элементу случайности, фононы дают шанс построить более надёжные квантовые цепи.

"Наличие этих детерминированных квантовых операций даёт этой гибридной платформе преимущество перед чисто линейными оптическими подходами", — сказал Хон Цяо, руководивший демонстрацией.

Этот результат стал важным шагом в развитии новой области — фонники.

Сравнение: фотоны против фононов

Характеристика	Фотоны	Фононы
Надёжность передачи	Вероятностная	Детерминированная
Устойчивость к шумам	Высокая	Средняя
Использование	Оптические квантовые компьютеры	Квантовые системы на основе звука
Перспективы	Ограничены случайностью	Возможность масштабирования и стабильности

А что если…

А что если квантовые процессоры на основе звука станут массовыми? Это приведёт к созданию более компактных и надёжных вычислительных систем, которые можно будет интегрировать в устройства нового поколения — от суперкомпьютеров до систем связи.

Плюсы и минусы квантовой фонники

Плюсы	Минусы
Предсказуемость результата	Высокая сложность реализации
Возможность масштабирования	Требует сверхнизких температур
Перспективы для квантовой RAM	Сложные эксперименты и высокая стоимость
Новая архитектура для вычислений	Технология ещё в зачаточном состоянии

FAQ

Что такое фонон?
Это квазичастица — коллективное колебание атомов в кристалле, которое мы воспринимаем как звук.

Почему фононы лучше фотонов?
Они позволяют создавать детерминированные квантовые операции без случайности.

Где можно применить такие технологии?
В квантовой оперативной памяти, новых процессорах и гибридных вычислительных системах.

Мифы и правда

Миф: звук не может быть носителем информации в квантовых системах.
Правда: фононы уже успешно управляются для передачи данных.
Миф: фонника конкурирует с фотоникой.
Правда: они могут сосуществовать, создавая гибридные архитектуры.
Миф: квантовые компьютеры на фононах появятся очень скоро.
Правда: технология пока экспериментальная, её развитие займёт годы.

3 интересных факта

В начале 2024 года команда Чикагского университета уже представила квантовую RAM на основе звука.
Фононы считаются менее подверженными случайным сбоям, чем фотоны.
Фонника позволяет строить более компактные чипы для квантовых вычислений.