W laboratorium Stanforda maleńki rezonator mechaniczny nagle przestał drgać nie płynnie, lecz gwałtownie — dokładnie tak, jak przewidywała mechanika kwantowa. Naukowcy po raz pierwszy uchwycili ten moment w czasie rzeczywistym: kwant dźwięku, czyli fonon, przeszedł z jednego stanu energetycznego do drugiego w ułamku milisekundy.
Fonony to dyskretne porcje drgań, analogiczne do fotonów światła. W zwykłym świecie dźwięk wygasa stopniowo, jak dzwon po uderzeniu. Na poziomie kwantowym energia zmienia się skokowo i teraz badaczom pod kierownictwem Amira Safavi-Nainiego udało się schwytać taki skok „w locie”.
Kluczem do sukcesu stał się mikroskopijny rezonator, zdolny „dzwonić” przez całe dwie milisekundy — jak na swój rozmiar to ogromny okres. W tym czasie nadprzewodzący kubit, połączony z rezonatorem, zdążył wykonać setki pomiarów i precyzyjnie określić moment, w którym fonon zniknął, przechodząc ze stanu „1” do „0”.
Eksperyment otwiera drogę do nowych technologii kwantowych. W komputerach kwantowych takie skoki często stają się źródłem błędów; umiejętność ich śledzenia to ważny krok ku korekcji błędów. Ponadto czułość urządzenia pozwoli tworzyć ultraprecyzyjne czujniki, na przykład do wykrywania pojedynczych białek wewnątrz komórek.
W perspektywie kontrola dźwięku kwantowego usprawni także codzienne gadżety: smartfony, czujniki akustyczne i inne przyrządy, w których dźwięk odgrywa kluczową rolę. Badanie opublikowano w czasopiśmie Science i wieńczy ono stuletnie poszukiwania, zapoczątkowane jeszcze na początku XX wieku.
Teraz akustyka kwantowa przechodzi z teorii do praktyki, a to zmienia wyobrażenie o tym, jak można sterować drganiami na najbardziej fundamentalnym poziomie.
