Físicos de la Universidad de Stanford han observado por primera vez de manera directa los saltos cuánticos del sonido en tiempo real. Los resultados del experimento se han publicado en la revista Science. Los investigadores crearon un resonador mecánico microscópico que permitió ver el momento en que el sistema cambiaba abruptamente de un nivel energético a otro. Los científicos trabajaron con fonones, los cuantos de las vibraciones mecánicas. En el mundo ordinario, el sonido se desvanece gradualmente, pero a nivel cuántico, la energía cambia en porciones discretas.
Los saltos cuánticos fueron predichos a principios del siglo XX. En 1986 se observaron por primera vez en iones atrapados, y en 2007 en fotones. Para los fonones, los experimentos anteriores proporcionaban evidencia indirecta, pero los saltos individuales en tiempo real no se habían registrado hasta ahora.
Para el experimento, el equipo desarrolló un resonador fabricado con tecnologías de chips, lo que permitió lograr un largo tiempo de decaimiento de las vibraciones, alrededor de 2 ms. Durante este intervalo de tiempo, los científicos pudieron realizar cientos de mediciones y determinar cuándo la energía del fonón pasaba del nivel 1 al 0. El resonador se conectaba a un qubit superconductivo que actuaba como sensor y verificaba repetidamente el estado del sistema sin destruirlo en cada medición. El líder del estudio, Amir Safavi-Naeini, señaló: «Vimos que los objetos vibrantes pueden mostrar comportamiento cuántico. Esta es una condición necesaria para muchas operaciones en computación cuántica y sensores».
Una de las posibles aplicaciones está relacionada con la corrección de errores en computadoras cuánticas: los estados cuánticos son inestables, y el cambio del sistema entre niveles en algunas arquitecturas significa un error, y para corregirlo, primero se debe identificar el momento de su aparición. La capacidad de rastrear tales cambios en tiempo real crea una base para sistemas basados en resonadores mecánicos. Sin embargo, el experimento actual es un trabajo fundamental, no un método listo para la corrección de errores.
Otra dirección es el desarrollo de sensores ultrasensibles. El equipo de Stanford, junto con científicos del Instituto de Tecnología de California, ya está explorando la posibilidad de usar la combinación de resonador y qubit para detectar e identificar proteínas dentro de las células. Los autores también consideran la aplicación de la tecnología en electrónica: las vibraciones mecánicas se utilizan en teléfonos inteligentes y otros dispositivos, y un control más preciso de ellas podría permitir la creación de nuevos componentes acústicos.
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