In een laboratorium in Stanford hield een piepkleine mechanische resonator er plotseling niet geleidelijk maar met een ruk mee op te trillen — precies zoals de kwantummechanica had voorspeld. Wetenschappers legden dit moment voor het eerst in realtime vast: een kwantum van geluid, oftewel een fonon, ging binnen fracties van een milliseconde van de ene energietoestand over in de andere.
Fononen zijn discrete porties trilling, vergelijkbaar met fotonen van licht. In de gewone wereld ebt geluid geleidelijk weg, zoals een klok na een slag. Op kwantumniveau verandert energie in sprongen, en nu zijn onderzoekers onder leiding van Amir Safavi-Naini erin geslaagd zo'n sprong 'in volle vlucht' te vangen.
De sleutel tot het succes was een microscopische resonator die maar liefst twee milliseconden kon 'nazingen' — voor zijn grootte is dat een enorme periode. In die tijd wist een supergeleidende qubit, verbonden met de resonator, honderden metingen te verrichten en exact het moment te bepalen waarop het fonon verdween en van toestand '1' naar '0' overging.
Het experiment opent de weg naar nieuwe kwantumtechnologieën. In kwantumcomputers zijn zulke sprongen vaak een bron van fouten; het vermogen om ze te volgen is een belangrijke stap naar foutcorrectie. Bovendien zal de gevoeligheid van het apparaat het mogelijk maken uiterst nauwkeurige sensoren te bouwen, bijvoorbeeld om afzonderlijke eiwitten in cellen op te sporen.
Op termijn zal de beheersing van kwantumgeluid ook alledaagse apparaten verbeteren: smartphones, akoestische sensoren en andere toestellen waarin geluid een sleutelrol speelt. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Science en bekroont een honderdjarige zoektocht die al in het begin van de twintigste eeuw begon.
Nu maakt de kwantumakoestiek de overgang van theorie naar praktijk, en dat verandert de opvatting over hoe trillingen op het meest fundamentele niveau kunnen worden beheerst.
