Físicos criam microfone quântico para contar partículas sonoras

Os físicos de Stanford criaram um dispositivo que eles chamam de “microfone quântico” que é sensível o suficiente para medir as partículas individuais do som chamadas fonons. Os cientistas dizem que o novo dispositivo permitirá novos tipos de sensores quânticos, transdutores e dispositivos de armazenamento para futuras máquinas quânticas.

Um fonon é algo proposto pela primeira vez por Einstein em 1907 e é o nome de um pacote de energia vibracional emitida por átomos nervosos. Os pacotes se manifestam como som ou calor, dependendo de suas frequências. Os fônons possuem energias vibracionais restritas a valores discretos.

A energia dos sistemas mecânicos pode ser representada por diferentes estados “Fock” como 0, 1, 2 e assim por diante, com base no número de fônons que ele gera. A equipe de Stanford criou o microfone mais sensível do mundo que usa princípios quânticos para captar os sussurros dos átomos. Faz isso medindo o estado Fock e, portanto, o número de fônons.

Os cientistas sabem que um estado 1 Fock tem um único fônon, 2 estados Fock tem dois e assim por diante. O microfone quântico consiste em um ressonador nanomecânico super-resfriado tão pequeno que só é visível através de um microscópio eletrônico. Os ressonadores são acoplados a um circuito supercondutor que contém pares de elétrons que se movem sem resistência.

O circuito forma um bit ou qubit quântico que pode existir em dois estados ao mesmo tempo e tem uma frequência natural. O defeito introduzido pelos ressonadores forma estruturas periódicas que agem como espelhos para sons e prendem os fônons no meio das estruturas. A equipe diz que dominar a capacidade de gerar e detectar fônons com precisão poderia abrir caminho para novos dispositivos mecânicos que podem armazenar e recuperar informações codificadas como partículas de som. Os sistemas também podiam converter perfeitamente entre sinais ópticos e mecânicos.