سجل العلماء انتقال الفونونات بين المستويات الكمية

تمكن باحثو جامعة ستانفورد لأول مرة من مراقبة الانتقال الكمي في نظام الاهتزازات الميكانيكية بشكل مباشر وفي الوقت الحقيقي. نُشرت نتائج التجربة في مجلة Science. درس العلماء الفونونات - وهي كميات الاهتزازات الميكانيكية التي تغير الطاقة على المستوى الكمي بشكل غير مستمر ولكن في حصص منفصلة. خلال العمل، سجل الفيزيائيون اللحظة التي انتقلت فيها النظام من مستوى طاقة إلى آخر. سابقًا، لوحظت مثل هذه القفزات في كائنات كمية أخرى: الأيونات المحاصرة - في عام 1986، والفوتونات - في عام 2007. بالنسبة للفونونات، كانت هناك فقط أدلة غير مباشرة على هذه الانتقالات.

لإجراء التجربة، صنعت الفريق رنان ميكانيكي مجهري يشبه في مبدأ عمله شوكة رنانة صغيرة. تم إنشاء الجهاز باستخدام تقنيات تُستخدم في تصنيع الرقائق الإلكترونية. كان الوقت الطويل لتلاشي الاهتزازات - حوالي 2 مللي ثانية - هو المعلمة الهامة. خلال هذه الفترة، تمكن العلماء من إجراء مئات القياسات وتحديد لحظة انتقال طاقة الفونون من المستوى الأول إلى المستوى الصفري. لقياس الحالة، تم ربط الرنان بكيوبيت فائق التوصيل. كان يعمل كجهاز استشعار وسمح بفحص النظام مرارًا وتكرارًا دون تدمير حالته بعد كل قياس. أتاح هذا النهج إمكانية ليس فقط تسجيل وجود الانتقالات، بل تتبعها مباشرة في الوقت.

يعتبر الباحثون التجربة عملًا أساسيًا في المقام الأول، ومع ذلك، يمكن أن يكون للطريقة المكتسبة عدة اتجاهات للتطبيق. أحدها يتعلق بالحواسيب الكمية، حيث يؤدي عدم استقرار الحالات إلى أخطاء: لتصحيحها، من الضروري تحديد لحظة حدوث الانتقال غير المرغوب فيه. يخلق مراقبة الفونونات في الوقت الحقيقي أساسًا لمثل هذه الأنظمة، على الرغم من أن العمل لا يقدم آلية جاهزة لتصحيح الأخطاء حتى الآن. خيار آخر هو أجهزة الاستشعار فائقة الحساسية. يدرس فريق ستانفورد بالتعاون مع علماء معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا إمكانية استخدام ارتباط الرنان والكيوبيت لاكتشاف البروتينات داخل الخلايا. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تجد التكنولوجيا تطبيقًا في الإلكترونيات، حيث تُستخدم الاهتزازات الميكانيكية بالفعل في الهواتف الذكية والأجهزة الأخرى.