Investigadores de la Universidad de Stanford lograron observar en tiempo real un salto cuántico asociado al sonido, un avance que permite ver cómo una unidad mínima de vibración cambia abruptamente de un nivel de energía a otro.
El estudio, publicado en la revista Science, fue encabezado por el físico Amir Safavi-Naeini y se centró en los llamados fonones, que son las unidades cuánticas de vibración dentro de un material.
En términos sencillos, así como un fotón representa una unidad de luz, un fonón representa una unidad de vibración. A escala cotidiana, un sonido parece disminuir de manera continua, pero en el mundo cuántico la energía puede cambiar en pasos discretos.
Para registrar este fenómeno, los científicos construyeron un resonador mecánico microscópico capaz de mantener una vibración durante aproximadamente dos milisegundos, tiempo suficiente para realizar cientos de mediciones sobre su estado.
El dispositivo fue conectado a un qubit superconductor que funcionó como detector y permitió verificar repetidamente si el sistema mantenía un fonón o si había caído a un estado de menor energía.
Gracias a este seguimiento, los investigadores pudieron identificar el instante exacto en que ocurrió el salto cuántico.
Aunque este tipo de fenómeno ya había sido observado antes en otros sistemas, como iones atrapados y fotones, hasta ahora no se había conseguido registrar directamente y en tiempo real en una vibración mecánica relacionada con el sonido.
El hallazgo podría tener aplicaciones importantes en computación cuántica. Los cambios inesperados de estado pueden producir errores, por lo que detectar cuándo ocurren abre la posibilidad de mejorar los sistemas de corrección y hacer más estables las futuras computadoras cuánticas.
También podría ser útil en el desarrollo de sensores cuánticos extremadamente sensibles, capaces de detectar variaciones físicas muy pequeñas.
El equipo de Stanford ya trabaja con investigadores de Caltech para explorar posibles aplicaciones en sistemas biológicos, incluida la detección de proteínas dentro de células.
El experimento no significa que una onda sonora haya desaparecido o se haya “teletransportado”. Lo que los científicos observaron fue un cambio discreto de energía en una vibración microscópica, exactamente el comportamiento que predice la mecánica cuántica.
El avance representa una nueva forma de estudiar fenómenos cuánticos mientras ocurren y podría ayudar tanto a comprender mejor las leyes fundamentales de la física como a desarrollar nuevas tecnologías.
