Premieră în fizică: Oamenii de știință au observat „săriturile cuantice” ale sunetului

Cercetătorii de la Universitatea Stanford au reușit o premieră istorică: au observat în timp real tranzițiile cuantice bruște ale sunetului într-un rezonator mecanic.

Pentru prima dată, fizicienii au putut urmări cum fononii, unitățile fundamentale discrete ale energiei vibraționale, dispar brusc dintr-o stare energetică în alta.

Descoperirea deschide noi perspective uimitoare pentru computerele cuantice, senzori biologici de o precizie extremă și tehnologii acustice de ultimă generație.

Mecanica cuantică descrie comportamentul luminii prin fotoni, iar cel al sunetului prin fononi, care reprezintă mișcarea coordonată a mai multor atomi. În viața de zi cu zi, o vibrație pare să se stingă treptat. La scară microscopică însă, energia se modifică în trepte discontinue.

Deși „săriturile cuantice” au fost demonstrate teoretic încă din secolul trecut și observate la ioni în 1986 și la fotoni în 2007, sunetul a rămas mult timp o țintă dificil de captat.

Noi perspective uimitoare pentru computerele cuantice

Echipa coordonată de fizicianul Amir Safavi-Naeini a depășit această barieră utilizând un rezonator mecanic microscopic produs prin tehnici de fabricare a cipului.

Dispozitivul a funcționat asemenea unui diapazon microscopic capabil să vibreze timp de două milisecunde, o durată excepțional de lungă la scară cuantică, echivalentă cu vibrația de câteva ore a unui diapazon obișnuit.

Pentru a măsura acest stadiu fragil fără a-l distruge, cercetătorii Takuma Makihara și Erik Szakiel au conectat rezonatorul la un qubit supraconductor.

Acest circuit electric a acționat ca un detector delicat care a verificat repetat starea rezonatorului, identificând cu precizie momentul exact în care fononul a efectuat săritura cuantică de la nivelul energetic 1 la 0.

Un detector delicat

Impactul acestei descoperiri este uriaș. În computerele cuantice, stările de calcul sunt extrem de vulnerabile la erori. Capacitatea de a detecta aceste tranziții cuantice în undele sonore poate oferi un instrument esențial pentru identificarea și corectarea erorilor computaționale.

În plus, alături de cercetătorii de la Caltech, echipa explorează deja utilizarea sistemului ca un senzor de ultra-precizie capabil să identifice proteinele din interiorul celulelor vii, scrie Sciencedaily.

De asemenea, un control atât de fin asupra vibrațiilor ar putea duce la optimizarea dispozitivelor electronice de zi cu zi, precum smartphone-urile, care depind în mod fundamental de tehnologia acustică.

Vă mai recomandăm să citiți și:

Cercetătorii au observat pentru prima dată gravitația lui Albert Einstein în lumea cuantică

Fizicienii au creat primul material cuantic la temperatura camerei

Avans major pentru viitorul senzorilor cuantici

Pentru prima dată, cercetătorii au teleportat o imagine prin 100 de canale cuantice simultan