スタンフォード大学の実験室で、微小な機械的共振器が突然、滑らかにではなく、まるで量子力学が予言したとおりに、ぎくしゃくと振動をやめた。科学者たちはこの瞬間を初めてリアルタイムで記録した。音の量子、すなわちフォノンが、一つのエネルギー状態から別の状態へとミリ秒の何分の一かで移行したのだ。
フォノンとは、光の光子に似た、振動の離散的な粒である。通常の世界では、音は打たれた後の鐘のように徐々に減衰する。量子のレベルではエネルギーは跳躍的に変化し、今やアミール・サファヴィ＝ナイニ率いる研究者たちは、そうした跳躍を「生きたまま」捉えることに成功した。
成功の鍵となったのは、まるまる二ミリ秒もの間「鳴り響く」ことのできる微小な共振器だった。その大きさからすれば、これは途方もない時間である。その間に、共振器と結合した超伝導量子ビットが数百回の測定を行い、フォノンが状態「1」から「0」へと移行して消えた瞬間を正確に突き止めた。
この実験は新たな量子技術への道を開く。量子コンピュータでは、そうした跳躍がしばしば誤りの源となるが、それを追跡する能力は誤り訂正への重要な一歩である。さらに、この装置の感度によって、例えば細胞内の個々のタンパク質を検出するような超精密センサーを創り出すことが可能になる。
将来的には、量子音の制御は身近なガジェットも改善するだろう。スマートフォン、音響センサー、その他音が鍵となる機器である。この研究はScience誌に掲載され、20世紀初頭に始まった100年にわたる探求に終止符を打つ。
今や量子音響学は理論から実践へと移行しつつあり、それによって最も根本的なレベルで振動をいかに制御できるかという考え方が変わりつつある。
