Investigadores de la Universidad de Stanford lograron por primera vez observar directamente en tiempo real una transición cuántica en un sistema de oscilaciones mecánicas. Los resultados del experimento fueron publicados en la revista Science. Los científicos estudiaron los fonones, que son los cuantos de las oscilaciones mecánicas, los cuales a nivel cuántico cambian de energía no de manera continua, sino en porciones discretas. Durante el trabajo, los físicos registraron el momento en que el sistema pasó de un nivel energético a otro. Anteriormente, se habían observado saltos similares en otros objetos cuánticos: iones atrapados en 1986 y fotones en 2007. Para los fonones, solo existían evidencias indirectas de tales transiciones.
Para el experimento, el equipo fabricó un resonador mecánico microscópico que funciona de manera similar a un pequeño diapasón. El dispositivo fue creado utilizando tecnologías empleadas en la producción de chips electrónicos. Un parámetro importante fue el tiempo prolongado de amortiguación de las oscilaciones, de aproximadamente 2 ms. Durante este intervalo, los científicos pudieron realizar cientos de mediciones y determinar el momento de la transición de energía del fonón del primer nivel al nivel cero. Para registrar el estado, el resonador se conectó a un qubit superconductivo, que actuó como sensor y permitió verificar el sistema repetidamente sin destruir su estado después de cada medición. Este enfoque permitió no solo registrar la existencia de transiciones, sino seguirlas directamente en el tiempo.
Los investigadores consideran el experimento principalmente como un trabajo fundamental, aunque el método obtenido puede tener varias aplicaciones. Una de ellas está relacionada con las computadoras cuánticas, donde la inestabilidad de los estados conduce a errores: para corregirlos, es necesario determinar el momento en que ocurre una transición no deseada. La observación de fonones en tiempo real crea una base para tales sistemas, aunque el trabajo aún no ofrece un mecanismo listo para la corrección de errores. Otra opción son los sensores ultrasensibles. El equipo de Stanford, junto con científicos del Instituto de Tecnología de California, está estudiando la posibilidad de usar la combinación de resonador y qubit para detectar proteínas dentro de las células. Además, la tecnología podría encontrar aplicaciones en la electrónica, donde las oscilaciones mecánicas ya se utilizan en teléfonos inteligentes y otros dispositivos.
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