Forskare observerade för första gången försvinnandet av en enskild fonon i realtid

Forskare vid Stanford University har för första gången lyckats observera i realtid den kvantövergång där en enskild fonon – ljudets minsta diskreta energienhet i kvantmekanisk skala – försvinner. Resultaten publicerades i tidskriften Science den 17 september.

Fononer är de minsta kvantiserade energienheterna för ljudvågor. Medan vibrationer i makroskopisk skala gradvis dämpas, sker energiförändringar i kvantvärlden genom plötsliga, diskreta steg – så kallade kvantövergångar. Professor Amir H. Safavi-Naeini, som ledde studien, menar att förmågan att detektera fononövergångar kan bidra till att lösa ett centralt problem inom kvantdatorer: att identifiera när fel uppstår under beräkningar, då kvantövergångar ofta representerar sådana fel.

Experimentet involverade en mikromekanisk resonator, liknande en miniatyrstämgaffel, kopplad till en supraledande qubit. Qubiten fungerar både som informationsbärare och detektor, vilket tillåter kontinuerlig avläsning av resonatorens tillstånd utan att störa dess kvantmekaniska vibrationstillstånd. Forskarna utvecklade resonatore med en exceptionellt lång livslängd, cirka 2 millisekunder, vilket möjliggjorde hundratals mätningar och därmed fångandet av ögonblicket då en enskild fonon försvann.

Denna forskning bygger vidare på över hundra års studier av kvantövergångar. Medan indirekta bevis för fononövergångar har samlats tidigare, är detta den första direkta, realtidsföljningen av en enskild övergång. Forskarna tror att tekniken inte bara kan förbättra felkorrigeringen i kvantdatorer utan också driva utvecklingen av högprecisions kvantsensorer.