Cientistas conseguem observar salto quântico do som em tempo real pela primeira vez

Pesquisadores da Universidade Stanford, nos Estados Unidos, conseguiram observar em tempo real um fenômeno que até então era extremamente difícil de acompanhar: o momento exato em que uma unidade de energia sonora desaparece.

O experimento registrou o chamado salto quântico, comportamento característico do mundo microscópico em que a energia não muda de forma contínua, mas passa entre diferentes níveis.

Para realizar a observação, os cientistas desenvolveram um dispositivo semelhante a um pequeno diapasão sobre a superfície de um chip. O equipamento foi conectado a um qubit supercondutor, componente utilizado em computadores quânticos que, neste caso, funcionou como uma espécie de detector.

A equipe preparou o sistema com aproximadamente uma unidade quântica de som, conhecida como fônon. Em seguida, os pesquisadores realizaram diversas medições para acompanhar se essa unidade ainda estava presente.

Como a vibração permanecia por um período relativamente longo, foi possível fazer centenas de medições antes que o fônon desaparecesse. Dessa forma, os cientistas conseguiram identificar uma mudança abrupta no estado observado, em vez de um desaparecimento gradual.

O que é um fônon?

O fônon pode ser entendido como uma unidade quântica associada à vibração de um material. Assim como a luz pode ser descrita em termos de fótons, as vibrações em determinados sistemas físicos podem ser tratadas como partículas quânticas de energia chamadas fônons.

No experimento de Stanford, essa propriedade permitiu criar uma espécie de sistema sonoro microscópico capaz de ser monitorado com grande precisão.

Por que a descoberta é importante?

A capacidade de realizar medições repetidas pode ser importante para o desenvolvimento de futuras tecnologias quânticas, principalmente aquelas que precisam preservar e controlar informações por determinados períodos.

Uma das possibilidades estudadas é a criação de memórias quânticas mecânicas. Esses sistemas poderiam armazenar informações quânticas e ajudar na identificação de erros durante operações realizadas por computadores quânticos.

Os pesquisadores também avaliam o uso de ressonadores mecânicos, estruturas capazes de manter informações quânticas durante períodos relativamente longos e que podem ser fabricadas em dimensões muito pequenas.

Tecnologia ainda está longe dos celulares

Apesar do potencial tecnológico, os pesquisadores ressaltam que a descoberta ainda está em uma fase experimental. O sistema utilizado funciona em temperaturas extremamente baixas e não significa que uma aplicação direta em smartphones esteja próxima.

No futuro, entretanto, dispositivos acústicos com baixa perda de energia e alto nível de controle poderão contribuir para áreas como navegação, medição precisa de tempo e identificação de gases e moléculas.

Próximos desafios

Os cientistas agora trabalham para aperfeiçoar o método de medição. Atualmente, cada observação preserva a quantidade de fônons com uma probabilidade próxima de 99%. Como são necessárias muitas medições para acompanhar o sistema, pequenas interferências acabam reduzindo o tempo de vida da vibração.

Uma das metas é aumentar essa eficiência para acompanhar os saltos quânticos por períodos mais longos e observar transições entre níveis de energia maiores.

Outra etapa prevista é conectar vários ressonadores mecânicos ao mesmo qubit. A proposta é avançar na construção de uma memória quântica capaz de identificar quando um erro acontece e, futuramente, contribuir para sua correção.

O resultado amplia a capacidade dos pesquisadores de acompanhar fenômenos quânticos em tempo real e pode ajudar no desenvolvimento de novas técnicas para controlar informações em sistemas quânticos. Com informações: g1

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