Científicos logran observar por primera vez un salto cuántico del sonido en tiempo real

Stanford, California.- Un equipo de científicos de la Universidad de Stanford, en Estados Unidos, logró observar por primera vez un salto cuántico del sonido en tiempo real, un avance que podría impulsar el desarrollo de nuevas tecnologías en computación cuántica, sensores de alta precisión y dispositivos electrónicos de próxima generación.

Los resultados de la investigación fueron publicados en la revista científica Science y representan un hito en el estudio de la mecánica cuántica, al demostrar que las vibraciones mecánicas también pueden exhibir comportamientos propios del mundo cuántico.

Los saltos cuánticos son transiciones repentinas entre distintos niveles de energía y forman parte de la teoría cuántica desde principios del siglo XX. Aunque estos fenómenos ya habían sido observados anteriormente en iones y fotones, esta es la primera ocasión en que científicos logran registrar el comportamiento de un fonón, considerado la unidad cuántica del sonido.

A diferencia de un fotón, que representa la unidad mínima de la luz, un fonón describe la vibración coordinada de un conjunto de átomos dentro de un material. En condiciones normales, el sonido parece disminuir de manera gradual; sin embargo, a escala cuántica la energía cambia mediante saltos discretos entre diferentes estados.

El equipo encabezado por el físico Amir Safavi-Naeini desarrolló un diminuto resonador mecánico, fabricado con tecnología similar a la utilizada para producir microchips. Este dispositivo funciona como un microscópico diapasón capaz de mantener una vibración durante aproximadamente dos milisegundos, un tiempo extraordinariamente largo para este tipo de experimentos.

Ese intervalo permitió realizar cientos de mediciones consecutivas hasta identificar el momento exacto en que la vibración pasó de un nivel de energía 1 a 0, registrando así el salto cuántico del sonido en tiempo real.

Uno de los principales desafíos consistió en medir el estado cuántico sin alterar su comportamiento natural. Para lograrlo, los investigadores integraron el resonador con un cúbit superconductor, un circuito utilizado en computación cuántica que actuó como detector del estado energético del sistema.

Gracias a esta combinación, el cúbit pudo monitorear continuamente el resonador y determinar el instante preciso en que ocurrió la transición energética del fonón sin destruir el delicado estado cuántico.

Los investigadores consideran que este avance podría contribuir a resolver uno de los principales desafíos de la computación cuántica: la corrección de errores. En este tipo de sistemas, los cambios inesperados en el estado cuántico pueden provocar fallas durante los cálculos, por lo que detectar con precisión cuándo ocurren representa un paso importante hacia el desarrollo de computadoras cuánticas más confiables.

Además, la tecnología podría aplicarse en el diseño de sensores de ultra alta precisión, capaces de identificar moléculas, proteínas o pequeñas variaciones físicas con un nivel de sensibilidad superior al de los dispositivos actuales.

El equipo de Stanford, en colaboración con investigadores del Instituto Tecnológico de California (Caltech), ya explora nuevas aplicaciones de esta plataforma para la detección e identificación de proteínas dentro de las células.

Los científicos también consideran que el control extremadamente preciso del sonido podría traducirse en mejoras para tecnologías de uso cotidiano, ya que las ondas sonoras desempeñan un papel fundamental en dispositivos como los teléfonos inteligentes, sensores electrónicos y diversos equipos de comunicación.

El hallazgo abre una nueva etapa en la investigación cuántica y demuestra que el sonido puede convertirse en una herramienta clave para el desarrollo de futuras tecnologías basadas en las propiedades de la física cuántica.