Не просто усиление: новый подход к обработке звука обещает прорыв в квантовых вычислениях

Ученые из AMOLF вместе с коллегами из Германии, Швейцарии и Австрии разработали новый тип метаматериала, который позволяет звуковым волнам распространяться необычным образом, обеспечивая новаторскую амплификацию механических вибраций. Это открытие может улучшить технологии датчиков и устройства обработки информации. Метаматериал, являющийся первым примером так называемой "бозонной цепи Китаева", получил свои уникальные свойства благодаря топологической природе и взаимодействию наномеханических резонаторов с лазерным светом через силы радиационного давления.

Исследование, опубликованное в журнале Nature , стало результатом международного сотрудничества между AMOLF, Институтом Макса Планка по науке о свете, Университетом Базеля, ETH Zurich и Венским университетом. Бозонная цепь Китаева представляет собой цепочку связанных резонаторов, действующих как "атомы" материала, что позволяет управлять распространением звуковых волн вдоль цепи.

Особенностью является экспоненциальное усиление механических вибраций, причем в обратном направлении передача вибраций запрещена. Это делает бозонную цепь Китаева уникальным типом направленного усилителя, который может найти применение в квантовых технологиях.

Топологические материалы, к которым относится и этот метаматериал, обладают защищенными свойствами, гарантированными даже при наличии дефектов. Исследователи AMOLF вместе с теоретическими коллегами показали, что бозонная цепь Китаева представляет собой новую топологическую фазу материи с направленным усилением, являющимся топологическим явлением.

Это открытие предполагает возможность повышения чувствительности наномеханических датчиков за счет топологической защиты, делая систему особенно чувствительной к определенным типам возмущений. Такая чувствительность может найти применение в новых технологиях датчиков, открывая путь для дальнейших исследований в этой области.