Un equipo de científicos ha alcanzado un hito en la física cuántica al confirmar que un único fonón, la mínima unidad de sonido, tiene la capacidad de alterar el estado de un qubit atómico en un chip de diamante. Este hallazgo, publicado en la prestigiosa revista Nature, representa la primera evidéncia de la interacción entre una vibración cuántica individual y un espín atómico. Este sonido no es audíble ni se asemeja a lo que tradicionalmente conocemos como ondas sonoras; es, en términos de mecánica cuántica, el murmullo más sutil que se pueda imaginar, y podría convertirse en una piedra angular para la comunicación entre ordenadores cuánticos en el futuro. Liderado por Marko Lončar de la Universidad de Harvard, el estudio demuestra el uso elegante del sonido como un nuevo mensajero de información cuántica, desafiando las convenciones actuales que se basan en la luz y la electricidad.
En la escala cotidiana, el sonido requiere la participación de millones de vibraciones para ser percibido, ya sea a través del aire, de una membrana o incluso del oído humano. Sin embargo, en el laboratorio de Harvard, los científicos se enfocaron en un único fonón, que es la unidad elemental de energía vibracional. Lončar destacó la trascendencia del experimento al afirmar que ‘un solo fonón puede ser suficiente para cambiar su estado cuántico’, lo que revela el potencial de esta investigación en una futura tecnología cuántica. Esta perspectiva transformadora abre la puerta al desarrollo de un nuevo centro cuántico en Euskadi que podría pasar desapercibido, pero que tiene el poder de revolucionar los procesos de computación cuántica.
El innovador sistema fue elaborado sobre un chip de diamante que mide apenas unos milímetros, donde los investigadores integraron un resonador mecánico a escala nanométrica con un qubit de espín vinculado a un centro de color. Estos defectos del cristal, levemente imperfectos, son, en realidad, pequeños almacenes atómicos de información cuántica. El avance tecnológico alcanzado permite observar el fenómeno conocido como efecto Purcell acústico; al sintonizar el espín del qubit a un modo acústico de 12 GHz, la tasa de relajación del espín se incrementó hasta diez veces. Este descubrimiento indica que el entorno mecánico no es solo un contexto pasivo, sino que influye activamente en el comportamiento cuántico del átomo.
La verdadera revolución de este estudio radica en el enfoque de acoplar la vibración con el espín de forma innovadora. El equipo ha utilizado el propio centro atómico para medir el espectro de fonones del dispositivo hasta frecuencias de 28 GHz, convirtiendo así un átomo en un auditorio que captura las fluctuaciones del sonido cuántico en su entorno. Esta capacidad de escuchar el ruido cuántico refleja la avanzada sensibilidad del sistema, que no solo transmite información, sino que puede detectar vibraciones y cambios en su ambiente de maneras que jamás hubieran sido pensadas. En este sentido, el chip se transforma en un verdadero sensor que opera con una delicadeza cerca del límite atómico.
Finalmente, hay que resaltar que el experimento, aunque no implica la inminente llegada de un internet cuántico basado en sonido, pone de manifiesto avances significativos en el control preciso de las interacciones espín-fonón. Esto es esencial para lograr la coherencia cuántica, que es vital para mantener la información sin que el entorno interrumpa su estabilidad. A medida que se busca construir tecnologías cuánticas prácticas, la capacidad de un qubit para comunicarse a través de vibraciones en un chip de diamante podría ser crucial. La ambición de este trabajo radica en crear dispositivos donde la información se transmita a través de sonidos invisibles, ofreciendo una imagen casi poética: un átomo en un diamante que escucha y responde al murmullo más pequeño del universo.