Durante la última década, Los científicos han estado dando grandes pasos en su capacidad para construir y controlar sistemas basados ​​en las extrañas reglas de la mecánica cuántica. que describen el comportamiento de partículas a escala subatómica.

Pero un desafío es lograr que los delicados sistemas cuánticos funcionen bien con los mecánicos, cualquier cosa con partes móviles, que son la base de gran parte de la tecnología existente.

En una primera Los científicos del Instituto de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago y del Laboratorio Nacional Argonne han construido un sistema mecánico, una pequeña "cámara de eco" para las ondas sonoras, que se puede controlar a nivel cuántico. conectándolo a circuitos cuánticos. Publicado el 21 de noviembre en Naturaleza , el avance podría extender el alcance de la tecnología cuántica a nuevos sensores cuánticos, comunicación y memoria.

"Lograr que estas dos tecnologías se comuniquen entre sí es un primer paso clave para todo tipo de aplicaciones cuánticas, "dijo el autor principal del estudio, Andrew Cleland, el profesor John A. MacLean Sr. de Innovación y Empresa en Ingeniería Molecular y científico senior en el Laboratorio Nacional Argonne. "Con este enfoque, hemos logrado el control cuántico sobre un sistema mecánico a un nivel mucho más allá de lo que se ha hecho antes ".

En particular, Cleland dijo:Ha habido mucho interés en integrar sistemas cuánticos y mecánicos para hacer sensores cuánticos increíblemente precisos que pudieran detectar la más mínima vibración o interactuar con átomos individuales.

"Muchas técnicas para detectar cosas se basan en la detección de la fuerza y ​​los desplazamientos, es decir, movimiento, ", dijo." Estos sensores juegan un papel fundamental en cualquier tipo de aplicación en la que se intenta medir algo. Y los sistemas mecánicos son los más fáciles de construir y los más sensibles, así que durante mucho tiempo ha habido interés en llevarlos al límite cuántico ". (Sensores mecánicos, por ejemplo, están en el corazón de los sistemas que detectan las ondas de gravedad, las ondas en el tejido del espacio-tiempo que nos permitieron "ver" los agujeros negros colisionando en todo el universo).

La investigación de Cleland se centra en parte en circuitos eléctricos cuánticos, y quería conectar uno de estos circuitos a un dispositivo que genera ondas acústicas superficiales:pequeñas ondas sonoras que recorren la superficie de un bloque de material sólido, como ondas que se mueven por la superficie de un estanque. Este fenómeno juega un papel clave en dispositivos cotidianos como teléfonos móviles, Abridores de puertas de garaje y receptores de radio.

Un avance clave fue construir los dos sistemas por separado, en diferentes tipos de material, y luego conectarlos juntos. Esto permitió al equipo optimizar cada componente y aun así comunicarse entre sí. Ambos deben mantenerse muy, muy frío, sólo diez milésimas de grado por encima del cero absoluto.

Los científicos están entusiasmados porque esto les da una plataforma para experimentar con el sonido a nivel cuántico.

"Este resultado en particular abre la puerta para poder hacer muchas cosas con el sonido que ya puedes hacer con la luz, "Dijo Cleland." El sonido se mueve 100, 000 veces más lento que la luz, lo que te da más tiempo para hacer cosas. Por ejemplo, si está almacenando información cuántica en una memoria, puede durar mucho más almacenado en sonido que en luz ".

Hay una serie de preguntas fundamentales sin respuesta sobre cómo se comportan las ondas sonoras en el reino cuántico, él dijo, y este sistema podría brindar a los científicos una plataforma para abordarlos.

La técnica también podría señalar el camino hacia un "traductor" cuántico que permitiría la comunicación cuántica a cualquier distancia. Los átomos electrónicos con los que trabaja el grupo de Cleland solo pueden operar y comunicarse a temperaturas muy bajas; La acústica cuántica podría permitir que estos circuitos conviertan información cuántica en señales ópticas que luego podrían comunicarse a grandes distancias a temperatura ambiente. Es posible que una configuración de ondas acústicas pueda constituir la base de un sistema de este tipo, conocido como repetidor cuántico, Dijo Cleland.

El primer autor fue Kevin Satzinger, Ph.D.'18, ahora con Google. Los coautores del artículo incluyeron a Assoc. Prof. David Schuster y Prof. David Awschalom, así como los investigadores postdoctorales Audrey Bienfait y Etienne Dumur; estudiantes de posgrado Youpeng Zhong, Hung-Shen Chang, Greg Peairs, Ming-Han Chou, Joel Grebel, Rhys Povey y Sam Whiteley; y los estudiantes universitarios Ben November e Iván Gutiérrez (ambos AB'18).

Un estudio separado en la misma edición de Naturaleza , dirigido por Robert Schoelkopf en la Universidad de Yale, también informa de la creación de excitaciones de un solo fonón. Tomados en conjunto, los dos estudios abren una nueva vía para almacenar información cuántica, dijeron los autores.

Los dispositivos se fabricaron en las instalaciones de nanofabricación de Pritzker en el IME.