Los coautores del estudio, Erik Szakiel (izquierda), el profesor Amir Safavi-Naeini y Takuma Makihara, observan la instrumentación de radiofrecuencia
Ciencia
Un equipo científico registra el primer salto cuántico en tiempo real en el sonido
La unidad cuántica de la luz es el fotón, mientras que la del sonido, denominada fonón, representa el movimiento coordinado de un gran conjunto de átomos
Un equipo de la Universidad de Stanford ha logrado observar directamente por primera vez saltos cuánticos de sonido en un resonador mecánico, un avance que culmina más de un siglo de investigación sobre estas transiciones repentinas entre estados de energía.
Los saltos cuánticos se plantearon teóricamente a comienzos del siglo XX. En 1986 se demostraron por primera vez en iones atrapados y, en 2007, en fotones. Sin embargo, hasta ahora no se habían observado de forma directa en el sonido. El equipo dirigido por el físico Amir Safavi-Naeini ha conseguido registrar estos fenómenos y ha publicado los resultados en la revista Science.
«Lo que demuestra este estudio nos permitirá avanzar en el desarrollo de nuevas tecnologías cuánticas basadas en el sonido», afirmó Safavi-Naeini. «Hemos observado que los objetos vibrantes pueden exhibir un comportamiento cuántico, requisito indispensable para muchas de las operaciones necesarias en la computación y la detección cuánticas».
La unidad cuántica de la luz es el fotón, mientras que la del sonido, denominada fonón, representa el movimiento coordinado de un gran conjunto de átomos. Aunque para los sentidos humanos una vibración parece apagarse progresivamente, a escala cuántica la energía cambia mediante pasos discretos. El nuevo estudio ha permitido comprobar en tiempo real cómo fonones individuales realizan esos saltos.
El resonador empleado, fabricado con técnicas propias de los chips y suficientemente pequeño para integrar varios en uno solo, puede vibrar durante dos milisegundos. Esa duración permitió realizar cientos de mediciones y determinar el instante exacto en el que el sistema pasaba de un estado energético de 1 a 0.
Para evitar alterar el frágil sistema durante las mediciones, Takuma Makihara y Erik Szakiel combinaron el resonador con un cúbit superconductor capaz de almacenar información cuántica y actuar como detector.
«Tuvimos que desarrollar continuamente nuevos procesos para crear este objeto vibrante de vida extremadamente larga y luego integrarlo con el cúbit, que es nuestro pequeño detector eléctrico, sin dañar ninguno de los dos subsistemas», dijo Makihara.
La técnica podría contribuir a detectar errores en computación cuántica, ya que muchos de ellos se producen precisamente mediante saltos cuánticos. Además, la combinación del resonador y el cúbit podría utilizarse en sistemas de detección de gran precisión. El equipo ya estudia, junto al físico Michael Roukes, de Caltech, su posible empleo para identificar proteínas dentro de las células.
También podrían surgir aplicaciones en dispositivos cotidianos que utilizan sonido. «Esto demuestra que podemos tener un control del sonido increíblemente preciso, lo que podría significar que los dispositivos que utilizan el sonido como tecnología fundamental pueden mejorar mucho», dijo Szakiel.
