Zespół fizyków ze Stanfordu dokonał historycznego pomiaru, rejestrując w czasie rzeczywistym skoki kwantowe dźwięku. Eksperyment udowodnił, że najmniejsze porcje wibracji nagle zmieniają swój stan, zamiast wyciszać się w sposób płynny. Odkrycie otwiera zupełnie nowe możliwości budowy zaawansowanych komputerów oraz niezwykle czułych układów diagnostycznych.
Przebieg historycznego eksperymentu potwierdzającego skoki kwantowe dźwięku
Pomiary przeprowadzone w 2026 roku na Uniwersytecie Stanforda (Stanford School of Humanities and Sciences) dowiodły, że skoki kwantowe dźwięku są zjawiskiem mierzalnym w czasie rzeczywistym. Badaniami kierował Amir Safavi-Naeini, profesor nadzwyczajny fizyki stosowanej, członek Q-FARM i Bio-X oraz Amazon Scholar. W eksperymencie wykorzystano mikroskopijny rezonator mechaniczny sprzężony z nadprzewodzącym kubitem, który pełnił funkcję niezwykle delikatnego detektora elektrycznego. Zastosowanie technik produkcji chipów pozwoliło uzyskać czas trwania wibracji rezonatora, znany jako ringdown time, na poziomie 2 milisekund. Pozwoliło to na wielokrotne pomiary bez niszczenia stanu kwantowego. Zespół udokumentował nagłe zniknięcie fononu ze stanu energetycznego 1 i jego natychmiastowe pojawienie się w stanie 0. Prace opisano w czasopiśmie Science (wolumen 393, numer 6817, strona 1217). W badaniach brali udział również Takuma Makihara i Erik Szakiel (współpierwsi autorzy), David Schuster (profesor i Amazon Scholar), Shannon Harvey (SLAC National Accelerator Laboratory), Mihir Pendharkar (Edward L. Ginzton Laboratory) oraz stypendyści fizyki stosowanej: Rachel Gruenke-Freudenstein, Oliver Hitchcock, Matthew Maksymowych i Kaveh Pezeshki. Finansowanie zapewniły instytucje takie jak Amazon Web Services Inc., Air Force Office of Scientific Research, Office of Naval Research, National Science Foundation, Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada oraz U.S. Department of Defense.
Znaczenie fononów dla mechanizmu skoków kwantowych dźwięku
Zrozumienie tego odkrycia wymaga wyjaśnienia pojęcia fononów. Są to najmniejsze, niepodzielne porcje energii drgań materiału, czyli wibracje sieci krystalicznej. Można powiedzieć, że fonony pełnią dla dźwięku dokładnie taką samą funkcję, jaką fotony pełnią dla światła. Do tej pory fizyka kwantowa potwierdziła nagłe zmiany stanów energetycznych dla innych cząstek. Po raz pierwszy wykazanie skoków kwantowych w uwięzionych jonach miało miejsce w 1986 roku. Z kolei dla fotonów zjawisko to udokumentowano w 2007 roku. W przypadku fizyki akustycznej podobny proces zaobserwowano pierwszy raz. Udowodniono w ten sposób, że dźwięk nie wycisza się płynnie, ale jego nośniki przeskakują między konkretnymi wartościami energii.
Wpływ obserwacji skoków kwantowych dźwięku na rozwój technologii komputerowych i medycznych
Zrozumienie i kontrolowanie skoków kwantowych fononów otwiera drogi dla zupełnie nowych technologii. Doniesienia ze środowiska naukowego wskazują, że opanowanie zachowania dźwięku na tak małą skalę umożliwi opracowanie skutecznych metod korekcji błędów w układach obliczeniowych. Komputery kwantowe zyskają mechanizm, w którym wykrywanie błędów będzie realizowane za pomocą rejestracji skoków dźwięku. Zdobytą wiedzę można również zastosować w medycynie. Zespół ze Stanfordu współpracuje z fizykiem Michaelem Roukesem z instytutu Caltech w celu budowy specjalistycznych sensorów biologicznych. Powstające platformy pozwolą na czułe pomiary, w tym wykrywanie i szczegółową identyfikację pojedynczych białek wewnątrz żywych komórek. Precyzyjna kontrola wibracji przełoży się na udoskonalenie elektroniki użytkowej, z której korzystamy na co dzień, na przykład smartfonów. Zjawiska zachodzące na poziomie pojedynczych atomów można od teraz z powodzeniem badać i wykorzystywać przy użyciu precyzyjnie kontrolowanych fal akustycznych.
*Tekst ma charakter informacyjno-edukacyjny i został oparty na oficjalnych wynikach badań naukowych opublikowanych w czasopiśmie Science. Informacje oraz parametry techniczne zaprezentowane w materiale odzwierciedlają stan wiedzy z dnia publikacji odkrycia, tj. 22 września 2026 roku.*