Partículas de som conhecidas como fonons são pacotes de energia vibracional emitidos por átomos. Dependendo de suas freqüências, elas se manifestam como som ou calor.
Assim como os fótons, que são os portadores quânticos de luz, os fônons são quantificados. Suas energias vibracionais têm valores discretos.
No entanto, até agora, tem sido impossível medir os estados do fônon. Isso ocorre porque as diferenças de energia entre os estados são incrivelmente pequenas. Mas isso tudo pode ter mudado.
Os físicos de Stanford desenvolveram um “microfone quântico” capaz de medir fonons. O dispositivo pode ver a introdução de computadores quânticos que operam manipulando o som em vez da luz, tornando-os menores e mais eficientes.
“Esperamos que este dispositivo permita novos tipos de sensores quânticos, transdutores e dispositivos de armazenamento para futuras máquinas quânticas”, disse o líder do estudo Amir Safavi-Naeini, professor assistente de física aplicada na Faculdade de Ciências Humanas de Stanford.
O dispositivo tem sido chamado de “o microfone mais sensível do mundo” e consiste de uma invenção capaz de medir estados de Fock e, portanto, o número de fonons. Os estados de Fock representam a energia de um sistema mecânico.
Esses estados são expressos de acordo com o número de fônons que eles geram. Por exemplo, um “estado de 1 Fock” consiste em um fônon de uma energia particular. Quanto mais alto o estado Fock, mais alto será o som.
“A mecânica quântica nos diz que a posição e o momento não podem ser conhecidos com precisão – mas não diz nada sobre energia”, disse Safavi-Naeini. “A energia pode ser conhecida com precisão infinita.”
Os físicos criaram um microfone quântico feito de ressonadores nanomecânicos super-resfriados acoplados a um circuito supercondutor que contém pares de elétrons que se movem sem resistência. O circuito forma um bit quântico que pode ser lido eletronicamente.
Novos tipos de dispositivos
Isso é empolgante porque dominar a capacidade de gerar e detectar fonons pode levar a novos tipos de dispositivos capazes de armazenar e recuperar informações codificadas como partículas de som em vez de luz. Esses dispositivos seriam mais compactos e eficientes do que as máquinas quânticas que usam fótons, porque os fônons são mais fáceis de manipular e têm comprimentos de onda muito menores do que as partículas de luz.
“Neste momento, as pessoas estão usando fótons para codificar esses estados. Queremos usar fonons, o que traz muitas vantagens”, disse Safavi-Naeini. “Nosso dispositivo é um passo importante para fazer um computador ‘mecânico quântico'”.
O dispositivo é detalhado na revista Nature.
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