I fisici hanno registrato salti quantistici in un oggetto meccanico massiccio

• I fisici hanno registrato per la prima volta salti quantistici in un grande oggetto meccanico
• L'esperimento ha unito un cristallo fononico e un qubit superconduttore
• Le misurazioni sono state effettuate attraverso il controllo della parità del numero di fononi
• I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Science

In un recente esperimento, un team internazionale di fisici è riuscito a registrare salti quantistici in un oggetto meccanico massiccio, il che rappresenta la prima conferma delle previsioni teoriche sui passaggi discreti di energia in sistemi macroscopici.

Dalla teoria alla pratica

Il concetto di salto quantistico è emerso all'inizio del XX secolo, quando gli scienziati hanno capito che le particelle microscopiche possono passare tra livelli energetici senza stati intermedi. Fino a pochi anni fa, tali fenomeni erano stati osservati solo in atomi, ioni e singoli qubit, ma la loro manifestazione in un oggetto più grande era rimasta inaccessibile.

Per creare una piattaforma adeguata, i ricercatori hanno utilizzato un cristallo fononico: una struttura costruita artificialmente, in grado di dirigere e controllare le oscillazioni sonore (fononi) su scala nanometrica. Questa rete ha fornito un'elevata isolamento della parte meccanica risonante dai rumori esterni.

L'elemento chiave dell'esperimento è stato un qubit superconduttore, funzionante a temperature inferiori a 20 mK. Il qubit è stato integrato direttamente con un cristallo fononico, permettendo di trasferire lo stato quantistico tra i sottosistemi elettrici e meccanici.

Metodologia di misurazione

Per registrare le transizioni, gli scienziati hanno utilizzato il controllo della parità del numero di fononi: un metodo speciale che consente di determinare se il numero di quanti di vibrazione nella sistema è pari o dispari, senza misurarli direttamente. Con il qubit è stata condotta una serie di misurazioni rapide, dopo le quali i dati ottenuti hanno mostrato cambiamenti bruschi nella parità, corrispondenti a salti quantistici.

I segnali ricevuti dimostrano che il risonatore meccanico passa tra livelli energetici discreti, analogamente a quanto avviene nei sistemi atomici. Questi passaggi sono stati osservati in tempo reale, il che conferma la possibilità di controllare stati quantistici macroscopici.

Il successo dell'esperimento apre nuove prospettive per lo sviluppo di dispositivi quantistici ibridi, in cui gli elementi meccanici possono fungere da memorie quantistiche a lungo termine o da convertitori di segnali tra diversi tipi di sistemi quantistici.

I risultati della ricerca sono stati presentati nella prestigiosa rivista scientifica Science, dove hanno ricevuto ampio riconoscimento nella comunità dei fisici. Gli autori pianificano ulteriori miglioramenti nella sensibilità delle misurazioni e l'espansione della scala dell'esperimento, il che potrebbe portare a un utilizzo pratico dei salti quantistici nelle tecnologie del futuro.

Fonte: N+1