Micrófono cuántico

Un micrófono cuántico es un dispositivo extremadamente sensible que detecta las partículas más pequeñas de sonido, como paquetes de energía vibratoria llamados fonones.

Anunciado en julio de 2019 y desarrollado por investigadores de la Universidad de Stanford, el dispositivo podría conducir al desarrollo de computadoras cuánticas más pequeñas que son más eficientes porque funcionan manipulando el sonido en lugar de las partículas de luz (fotones). Los fonones son mucho más fáciles de controlar que los fotones de luz y sus longitudes de onda son miles de veces más pequeñas que las partículas de luz. Con este método, los investigadores creen que han dado un paso importante en la creación de una computadora 'mecánica cuántica'.

Los investigadores esperan que el micrófono cuántico permita nuevos tipos de sensores cuánticos, transductores y dispositivos de almacenamiento para futuras máquinas cuánticas que podrían almacenar cantidades masivas de información en espacios mucho más pequeños que mediante el uso de fotones.

Hasta la fecha, no ha sido posible medir fonones porque los micrófonos ordinarios simplemente no son lo suficientemente sensibles para captarlos.

Cómo mide el sonido el micrófono cuántico

Un micrófono tradicional funciona detectando cuando un sonido entrante interactúa con una membrana interna y el desplazamiento físico se convierte en un voltaje que se puede medir.

Sin embargo, los fonones son tan pequeños que no pueden detectarse individualmente debido al principio de incertidumbre de Heisenberg, que establece que la posición de un objeto cuántico no se puede conocer con precisión sin cambiarla. Según los investigadores, tratar de medir la cantidad de fonones con un micrófono normal no es posible ya que el acto de medir introduce energía en el sistema que oculta la energía exacta que se intenta medir.

En lugar de utilizar medidas de ondas acústicas, los científicos desarrollaron un dispositivo que mide directamente la energía de los fonones utilizando resonadores nanomecánicos superenfriados muy diminutos. Estos resonadores, que solo son visibles a través de un microscopio electrónico, actúan como espejos para el sonido. El micrófono cuántico captura los fotones y mide las vibraciones que emiten; varios niveles de energía corresponden a varios números de fonones.

Historia

En 2012, científicos de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia demostraron un dispositivo al que llamaron micrófono cuántico que podía captar sonidos muy débiles. El dispositivo se basó en un solo transistor de electrones (la corriente eléctrica solo puede fluir a través de este transistor un electrón a la vez).

El equipo de investigación de Chalmers estudió las ondas acústicas que se propagan sobre la superficie de un microchip cristalino, imitando las ondas en un lago cuando alguien arroja una piedra en él. A pesar de que la longitud de onda del sonido era de solo tres micrómetros, el dispositivo, que era aún más pequeño, pudo detectar rápidamente las ondas acústicas a medida que pasaban.

“El resultado ofrece perspectivas de una nueva clase de circuitos híbridos cuánticos que mezclan elementos acústicos con eléctricos y pueden ayudar a iluminar nuevos fenómenos de la física cuántica”, según la universidad. Los resultados se publicaron en la revista Nature Physics.