Uma equipe da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, identificou mudanças abruptas nos estados de energia de uma onda sonora. O resultado confirma, em um sistema acústico, um comportamento já conhecido em experimentos com íons e fótons: a passagem entre níveis de energia ocorre sem uma variação gradual.
A demonstração foi possível porque os pesquisadores conseguiram manter um único fônon — a menor quantidade de energia do som — confinado em um ressonador. O dispositivo foi construído com uma placa de niobato de lítio e recebeu um desenho que funciona como pequenos espelhos, impedindo que as vibrações perdessem energia para o ambiente.
Como a transição foi medida
O ressonador foi conectado a um qubit feito de material supercondutor, também produzido pela equipe de Stanford. Esse componente funciona como um aparelho de medição e é usado para processar informação quântica. Qubits supercondutores estão na base de computadores quânticos do Google e da IBM.
A interação permitiu verificar se havia energia no sistema. A oscilação no ressonador durou dois milissegundos, período considerado longo na escala da computação quântica. Nesse intervalo, os pesquisadores fizeram centenas de medições para acompanhar as mudanças energéticas da onda sonora.
Os resultados indicaram que a passagem entre os estados era abrupta. Se a energia variasse de modo contínuo, a alteração registrada pelo aparelho também seria gradual. O padrão observado foi semelhante ao de trajetórias associadas a saltos quânticos em experimentos com fótons.
O fenômeno havia sido teorizado por Niels Bohr no início do século 20. Em outros sistemas, ele ocorre quando um elétron absorve ou emite um fóton e muda de nível energético. A observação em ondas sonoras demorou mais porque medir um sistema acústico sem interferir nele impõe dificuldades técnicas adicionais.
Próximas aplicações
Amir Safavi-Naeini afirmou que pretende realizar medições com menor interferência e acompanhar o estado quântico por mais tempo. Outra etapa prevista é conectar vários ressonadores mecânicos ao mesmo qubit supercondutor para tentar construir uma memória quântica baseada em uma onda mecânica.
Essa memória funcionaria com a absorção e a emissão de um fônon, que armazenaria informação quântica. A proposta também busca identificar perdas de energia sem destruir a informação. Para Safavi-Naeini, detectar o momento em que a perda ocorre é necessário para corrigir esse tipo de erro quântico.
Pierre-Louis de Assis, do Instituto de Física da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas), explicou que a medição de sistemas acústicos exige evitar interferências. José Augusto Oliveira Huguenin, do Instituto de Ciências Exatas da UFF (Universidade Federal Fluminense), avaliou que a geometria usada no experimento amplia as possibilidades tecnológicas dos ressonadores.
Segundo Huguenin, esses dispositivos podem ser escaláveis e manter a memória quântica por um tempo razoável, o que favorece seu uso em computadores quânticos. A alternativa com fótons exige equipamentos grandes, enquanto o sistema acústico enfrenta outro obstáculo: precisa operar a uma temperatura pouco acima do zero absoluto. Pequenas flutuações térmicas podem apagar a memória.
