Метаматериал, который «слышит» суперпозицию: учёные создали звуковой конструктор для квантовых задач

26.03.2025 12:19:00 | iXBT.com

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.

Подробнее