Físicos registraram saltos quânticos em um objeto mecânico massivo.

• Físicos registraram pela primeira vez saltos quânticos em um grande objeto mecânico
• O experimento combinou um cristal de fônons e um qubit supercondutor
• As medições foram realizadas através da verificação da paridade do número de fônons
• Os resultados foram publicados na revista Science

Em um experimento recente, uma equipe internacional de físicos conseguiu registrar saltos quânticos em um objeto mecânico maciço, o que se tornou a primeira confirmação das previsões teóricas sobre transições discretas de energia em sistemas macroscópicos.

Da teoria à prática

O conceito de salto quântico surgiu no início do século XX, quando os cientistas perceberam que partículas microscópicas podem transitar entre níveis de energia sem estados intermediários. Até recentemente, tais fenômenos eram observados apenas em átomos, íons e bits quânticos individuais, no entanto, sua manifestação em um objeto maior permanecia inacessível.

Para criar uma plataforma adequada, os pesquisadores utilizaram um cristal de fônons – uma estrutura artificialmente construída, capaz de direcionar e controlar oscilações sonoras (fônons) em escala nanométrica. Essa rede proporcionou alta isolamento da parte ressonante mecânica de ruídos externos.

O elemento chave do experimento foi o qubit supercondutor, operando a temperaturas abaixo de 20 mK. O qubit foi integrado diretamente com o cristal de fônons, permitindo a transferência do estado quântico entre os subsistemas elétrico e mecânico.

Metodologia de medição

Para registrar as transições, os cientistas utilizaram a verificação da paridade do número de fônons – um método especial que permite determinar se o número de quanta de vibração na sistema é par ou ímpar, sem medi-los diretamente. Com o qubit, foi realizada uma série de medições rápidas, após as quais os dados obtidos mostraram mudanças bruscas na paridade, correspondendo a saltos quânticos.

Os sinais recebidos demonstram que o ressonador mecânico transita entre níveis de energia discretos, de forma semelhante ao que ocorre em sistemas atômicos. Essas transições foram observadas em tempo real, o que confirma a possibilidade de controle de estados quânticos macroscópicos.

O sucesso do experimento abre novas perspectivas para o desenvolvimento de dispositivos quânticos híbridos, onde elementos mecânicos podem servir como memórias quânticas de longo prazo ou conversores de sinais entre diferentes tipos de sistemas quânticos.

Os resultados da pesquisa foram apresentados na renomada revista científica Science, onde receberam amplo reconhecimento na comunidade de físicos. Os autores planejam melhorar ainda mais a sensibilidade das medições e expandir a escala do experimento, o que pode levar ao uso prático de saltos quânticos nas tecnologias do futuro.

Fonte: N+1