Fizicieni de la Stanford University au reușit, pentru prima dată, să observe direct un „salt cuantic” al sunetului, momentul în care o unitate elementară de vibrație dispare brusc dintr-o stare energetică și apare instantaneu în alta, fără trecere graduală. Descoperirea, publicată în revista Science, încheie un arc de explorare științifică început acum peste un secol.

Saltul cuantic, o tranziție bruscă de la o stare energetică la alta, face parte din teoria cuantică încă de la începutul secolului XX. Cercetătorii au demonstrat pentru prima dată acest fenomen la ioni captivi în 1986, apoi la fotoni, particulele fundamentale ale luminii, în 2007. Observarea lui la sunet rămăsese, până acum, imposibilă.

Ce este, de fapt, un fonon

Spre deosebire de fotoni, unitățile cuantice ale luminii, fononii, unitățile cuantice ale sunetului, reprezintă mișcarea coordonată a unui grup mare de atomi, nu o singură particulă. Pentru simțurile umane, vibrația unui obiect care produce sunet, precum un clopot lovit, pare să scadă treptat, nu să sară brusc la liniște. La nivel cuantic, însă, energia vibrațională a unui rezonator se schimbă în trepte discrete, la fel ca în cazul ionilor sau fotonilor.

Echipa, condusă de Amir Safavi-Naeini, profesor asociat de fizică aplicată la Stanford, a construit un rezonator mecanic microscopic, fabricat prin tehnici similare celor folosite la producția de cipuri, atât de mic încât mai multe astfel de rezonatoare ar putea fi integrate pe un singur cip pentru a îndeplini funcții complexe.

Cum au „prins” momentul saltului

Cheia experimentului a fost durata de „vibrare” a rezonatorului, de aproximativ două milisecunde, suficient de lungă pentru a permite măsurători repetate fără a distruge imediat starea cuantică. Cuplat cu un qubit supraconductor, dispozitivul a putut efectua sute de măsurători în interiorul acestei ferestre de timp, pentru a identifica exact momentul saltului cuantic.

Traiectoriile experimentale individuale au inclus 294 de măsurători consecutive de paritate. Deși fiecare interacțiune cu qubitul purta un risc mic de a perturba starea mecanică, reducând ușor durata efectivă de viață a fononului, cercetătorii au estimat că măsurătorile au fost nedistructive din punct de vedere cuantic în proporție de aproximativ 99%, suficient pentru a urmări salturile individuale păstrând, în același timp, un istoric detaliat al măsurătorilor.

De la fizică fundamentală la aplicații tehnologice

„Ceea ce arată acest studiu ne va permite să dezvoltăm noi tehnologii cuantice bazate pe sunet”, a declarat Safavi-Naeini. „Am văzut că obiectele care vibrează pot manifesta un comportament cuantic, ceea ce este condiția necesară pentru multe dintre operațiunile de care e nevoie în calculul și senzoristica cuantică.”

Potrivit cercetătorilor, tehnica ar putea susține corectarea erorilor în calculul cuantic bazat pe sunet și dezvoltarea unor senzori extrem de sensibili, capabili să detecteze schimbări subtile de forță, accelerație sau temperatură, inclusiv identificarea proteinelor din interiorul celulelor. Aplicațiile potențiale se extind și către tehnologii de zi cu zi, precum smartphone-urile.

Un secol de teorie cuantică a prezis acest moment fără să-l poată demonstra direct. Acum, la Stanford, un dispozitiv de mărimea unui cip a reușit ceea ce părea, până de curând, imposibil de observat: momentul exact în care sunetul, la scară cuantică, dispare dintr-o stare și apare brusc în alta.

---

Sursă: Amir Safavi-Naeini et al., Stanford University, „Researchers observe first real-time quantum jump in sound”, Science, 17 septembrie 2026