Es el sonido más silencioso del universo.

El grupo Fadel crea un estado en el que el cristal contiene una superposición de un solo fonón y cero fonones. "En cierto sentido, el cristal está en un estado en el que está estacionario y vibra al mismo tiempo", dice Fadel. Para hacer esto, usan pulsos de microondas para hacer que un pequeño circuito superconductor cree un campo de fuerza que pueden controlar con alta precisión. Este campo de fuerza empuja una pequeña pieza de material unida al cristal para introducir fonones individuales en vibración. Como el objeto más grande que exhibe extrañeza cuántica hasta la fecha, está impulsando la comprensión de los físicos de la interfaz entre los mundos cuántico y clásico.

Específicamente, el experimento toca un misterio central en la mecánica cuántica conocido como el "problema de la medición". Según la interpretación más popular de la mecánica cuántica, el acto de medir un objeto en superposición utilizando un dispositivo macroscópico (algo relativamente grande, como una cámara o un contador Geiger) destruye la superposición. Por ejemplo, en el experimento de la doble rendija, si usa un detector de electrones, no lo ve en todas sus posibles posiciones de onda, sino fijo, aparentemente al azar, en una ubicación particular.

Pero otros físicos han propuesto alternativas para ayudar a explicar la mecánica cuántica que no implican mediciones, conocidas como modelos de colapso. Sugieren que la mecánica cuántica, tal como se acepta actualmente, es una teoría aproximada. A medida que los objetos se hacen más grandes, algún fenómeno aún no descubierto impide que los objetos existan en estados de superposición, y es esto, y no el acto de medir las superposiciones, lo que nos impide encontrarlos en el mundo que nos rodea. Al empujar la superposición cuántica hacia objetos más grandes, el experimento de Fadel restringe lo que podría ser este fenómeno desconocido, dice Timothy Kovaci, profesor de física en la Universidad Northwestern que no participó en el experimento.

Los beneficios de controlar las vibraciones individuales en los cristales se extienden más allá del simple estudio de la teoría cuántica; también hay aplicaciones prácticas. Los investigadores están desarrollando tecnologías que utilizan fonones en objetos como el cristal Fadel como sensores de precisión. Por ejemplo, los objetos que contienen fonones individuales pueden medir la masa de objetos extremadamente ligeros, dice el físico Amir Safavi-Naeini de la Universidad de Stanford. Fuerzas extremadamente ligeras pueden causar cambios en estos delicados estados cuánticos. Por ejemplo, si una proteína aterrizara en un cristal como el de Fadel, los investigadores podrían medir pequeños cambios en la frecuencia vibratoria del cristal para determinar la masa de la proteína.

Además, los investigadores están interesados ​​en usar vibraciones cuánticas para almacenar información para computadoras cuánticas que almacenan y manipulan información codificada en superposición. Las vibraciones tienden a durar relativamente mucho tiempo, lo que las convierte en un candidato prometedor para la memoria cuántica, dice Safavi-Nae. El sonido no viaja en el vacío”, dice. “Cuando una vibración en la superficie de un objeto o en su interior toca un límite, simplemente se detiene allí”. Esta propiedad del sonido tiende a preservar la información por más tiempo que los fotones, que a menudo se usan en prototipos de computadoras cuánticas, aunque los investigadores aún tienen que desarrollar tecnología basada en fonones. (Los científicos aún están explorando las aplicaciones comerciales de las computadoras cuánticas en general, pero muchos creen que su mayor poder de procesamiento podría ser útil en el diseño de nuevos materiales y fármacos).

En un trabajo futuro, Fadel quiere realizar experimentos similares en objetos aún más grandes. También quiere estudiar cómo la gravedad puede afectar los estados cuánticos. La teoría de la gravedad de los físicos describe con precisión el comportamiento de los objetos grandes, mientras que la mecánica cuántica describe con precisión los objetos microscópicos. “Si piensas en computadoras cuánticas o sensores cuánticos, inevitablemente serán grandes sistemas. Por lo tanto, es crucial comprender si la mecánica cuántica se descompone en sistemas con dimensiones más grandes", dice Fadel.

A medida que los investigadores profundizan en la mecánica cuántica, su extrañeza ha pasado de ser un experimento mental a un asunto práctico. Comprender dónde se encuentran los límites entre los mundos cuántico y clásico influirá en el desarrollo de futuros dispositivos y computadoras científicas, si se puede encontrar ese conocimiento. "Estos son experimentos fundamentales, casi filosóficos", dice Fadel. "Pero también son importantes para las tecnologías futuras".

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