Ερευνητές του Πανεπιστημίου Stanford πέτυχαν την πρώτη απευθείας παρατήρηση κβαντικών αλμάτων ήχου σε έναν μηχανικό συντονιστή, ολοκληρώνοντας μια επιστημονική διαδρομή που ξεκίνησε πριν από έναν αιώνα.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science υπό την καθοδήγηση του αναπληρωτή καθηγητή Εφαρμοσμένης Φυσικής Amir Safavi-Naeini. Οι επιστήμονες κατέγραψαν τη στιγμιαία μετάβαση ενός φωνονίου, της θεμελιώδους κβαντικής μονάδας του ήχου, από μια ενεργειακή κατάσταση σε μια άλλη.
Η τεχνολογική καινοτομία πίσω από την ανακάλυψη
Στην καθημερινή κλίμακα η απόσβεση της δόνησης φαίνεται σταδιακή, όμως στο κβαντικό επίπεδο η ενεργειακή μεταβολή συμβαίνει απότομα. Για την απόδειξη του φαινομένου, οι ερευνητές Takuma Makihara και Erik Szakiel ανέπτυξαν έναν μικροσκοπικό μηχανικό συντονιστή με εξαιρετικά μεγάλο χρόνο δόνησης δύο χιλιοστών του δευτερολέπτου. Ο συντονιστής αυτός κατασκευάζεται με τεχνικές μικροηλεκτρονικής και μπορεί να τοποθετηθεί σε μικροτσίπ.
Για την μέτρηση της κατάστασης χωρίς να διαταραχθεί το εύθραυστο κβαντικό σύστημα, η ομάδα συνέδεσε τον συντονιστή με ένα υπεραγώγιμο qubit. Το qubit λειτούργησε ως ηλεκτρικός ανιχνευτής, πραγματοποιώντας εκατοντάδες επαναλαμβανόμενες αναγνώσεις. Έτσι οι επιστήμονες κατέγραψαν τη ακριβή στιγμή που η ενεργειακή κατάσταση μεταπήδησε από το 1 στο 0.
Νέοι ορίζοντες στην υπολογιστική και τους αισθητήρες
Η δυνατότητα ανίχνευσης των κβαντικών αλμάτων ήχου ανοίγει σημαντικές προοπτικές για την τεχνολογία. Η άμεση αναγνώριση αυτών των αλμάτων συμβάλλει στην επίλυση του προβλήματος διόρθωσης σφαλμάτων στους κβαντικούς υπολογιστές, καθώς επιτρέπει τον εντοπισμό των διαταραχών κατά τη διάρκεια των υπολογισμών.
Παράλληλα, η υψηλή ευαισθησία της διάταξης επιτρέπει τη χρήση της ως αισθητήρα εξαιρετικής ακρίβειας. Η ερευνητική ομάδα συνεργάζεται ήδη με το Caltech για την αξιοποίηση της πλατφόρμας στην ανίχνευση και αναγνώριση πρωτεϊνών εντός των κυττάρων. Τέλος, ο ακριβής έλεγχος των ακουστικών κυμάτων ενδέχεται να βελτιώσει μελλοντικά τις τεχνολογίες ήχου που χρησιμοποιούνται ευρέως στα έξυπνα τηλέφωνα και σε άλλες καθημερινές συσκευές.
