Físicos de la Universidad de Stanford lograron medir por primera vez la transición discontinua de energía en una onda sonora. El histórico logro abre la puerta a nuevos avances en computación cuántica, medicina y dispositivos móviles.
Científicos registraron en tiempo real el cambio energético del sonido. Las aplicaciones van desde la computación cuántica hasta la telefonía móvil.
Un equipo de científicos de la Universidad de Stanford alcanzó un logro histórico para la física moderna al registrar en tiempo real el primer salto cuántico del sonido. El experimento, publicado en la revista Science, concreta un objetivo buscado desde hace más de un siglo al observar cómo diminutas unidades vibrantes cambian repentinamente su estado energético.
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La teoría de los saltos cuánticos surgió a principios del siglo XX, pero su comprobación se dio por etapas. En 1986 se demostró en iones atrapados (electrones) y en 2007 en fotones (luz). Ahora, la ciencia logró medirlo por primera vez en fonones, las unidades fundamentales del sonido.
El salto cuántico del sonido ocurre cuando un objeto en vibración cambia de manera repentina y discontinua su nivel de energía, pasando de un estado cuántico a otro sin atravesar estados intermedios.
Hasta el momento, observar este fenómeno en ondas mecánicas resultaba extremadamente complejo debido a la extrema sensibilidad que requieren los instrumentos de medición.
"Los objetos en vibración también pueden exhibir un comportamiento cuántico, un requisito fundamental para muchas de las operaciones necesarias en la computación y la detección cuánticas", explicó el investigador principal Amir Safavi-Naeini, profesor asociado de Física Aplicada en la Escuela de Humanidades y Ciencias de Stanford.
Hasta ahora, registrar este fenómeno era un desafío casi imposible porque, en el mundo cuántico, el solo hecho de observar o medir un objeto suele destruir su frágil estado energético.
Para superar este obstáculo de "mirar sin destruir", los investigadores Takuma Makihara y Erik Szakiel diseñaron un diapasón microscópico de cristal. El dispositivo es tan pequeño que harían falta cientos de ellos para cubrir un solo milímetro cuadrado.
Este resonador logró mantener su vibración durante dos milisegundos, un tiempo astronómico para la física de partículas. Para dimensionarlo, si un diapasón común tuviera esa misma capacidad de resonancia, se pasaría horas sonando tras un único golpe.
El equipo acopló este resonador a un cúbit superconductor, un circuito eléctrico que actuó como un detector ultrasensible. Durante esos dos milisegundos, el cúbit midió el sistema cientos de veces sin alterar el sonido, hasta grabar el instante exacto en que el fonón realizó su salto cuántico.
Este logro experimental promete revolucionar diversas áreas tecnológicas de alto impacto:
Computación cuántica: permite detectar el momento exacto en que ocurre un salto cuántico, resolviendo el problema de los errores a ciegas en los cálculos de las supercomputadoras
Medicina de precisión: su sensibilidad permite utilizar los fonones como sensores biológicos para identificar proteínas individuales dentro de células vivas
Tecnología cotidiana: sienta las bases para perfeccionar los componentes acústicos y de filtrado de señales en teléfonos inteligentes de próxima generación