Tutkijat havaitsivat ensimmäistä kertaa yksittäisen fononin häviämisen reaaliajassa

Stanfordin yliopiston tutkijat ovat ensimmäistä kertaa onnistuneet havaitsemaan reaaliajassa yksittäisen fononin, äänen pienimmän kvanttienergian yksikön, katoamiseen liittyvän kvanttihyppyprosessin. Tulokset julkaistiin Science-lehdessä 17. syyskuuta.

Fononit ovat äänen kvanttimittakaavan diskreettejä energia-alkioita. Värähtelyjen energian väheneminen kvanttimaailmassa tapahtuu äkillisinä, diskreetteinä muutoksina, joita kutsutaan kvanttihypyiksi. Tutkimusta johtanut professori Amir H. Safavi-Naeini totesi, että fononin kvanttihyppyjen havaitseminen voi auttaa ratkaisemaan kvanttilaskennan keskeisen ongelman: virheiden tunnistamisen laskennan aikana.

Kokeessa käytettiin mikromekaanista resonaattoria, joka yhdistettiin suprajohtavaan kubittiin. Tämä mahdollisti kvanttitiedon tallentamisen ja tilan lukemisen häiritsemättä värähtelyn kvanttitilaa. Tutkijat kehittivät erittäin pitkäikäisiä resonaattoreita, jotka värähtelivät noin 2 millisekuntia. Tämä riittävän pitkä aika mahdollisti satojen mittausten suorittamisen ja yksittäisen fononin katoamishetken tallentamisen.

Tutkimus jatkaa yli sadan vuoden kvanttihyppyjen tutkimusta. Vaikka fononeihin liittyviä todisteita on aiemmin saatu, tämä on ensimmäinen kerta, kun yksittäisen hyppymäärän reaaliaikainen suora seuranta on toteutettu. Tutkijat uskovat, että tekniikka voi parantaa kvanttilaskennan virheenkorjausta ja edistää korkean tarkkuuden kvanttisensoreiden kehitystä.