Saltos quânticos do som são observados pela primeira vez

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Pesquisadores da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, observaram pela primeira vez saltos quânticos em ondas sonoras, um resultado já esperado por físicos, mas que ainda não havia sido colocado em prática.

Saltos quânticos, tipicamente, correspondem a transições abruptas que levam o elétron de um nível de energia ao outro, ou seja, sem uma mudança gradual. Niels Bohr teorizou a respeito dos saltos quânticos pela primeira vez, no início do século 20. Até o momento, essas ideias haviam sido demonstradas em íons e fótons, a partícula da luz. Quando um elétron em um átomo absorve ou emite um fóton, faz o salto quântico.

Com o trabalho publicado na revista Science na semana passada, a equipe do professor Amir Safavi-Naeini demonstrou que essa transição abrupta também ocorre nas ondas de som a partir do recebimento ou perda de fônons —a quantidade mínima de energia do som.

"Esse trabalho nos dá a nova habilidade de repetidamente monitorar o estado quântico de um sistema mecânico em tempo real", disse o professor à Folha .

O professor Pierre-Louis de Assis, do Instituto de Física da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas), explica que a observação dos saltos quânticos em ondas sonoras levou mais tempo porque há mais dificuldades técnicas em medir um sistema acústico sem interferir nele. Ele ressalta que o trabalho de Naeini é "muito bonito" do ponto de vista técnico.

Para o experimento, os pesquisadores de Stanford criaram um ressonador, uma placa feita de niobato de lítio que, a partir de um design que funciona como pequenos espelhos, mantinha um único fônon aprisionado. O ressonador confinava as vibrações provocadas pela onda para que não houvesse vazamento de energia para o ambiente.

A ideia foi, então, "fazer o sistema mecânico que vibra perturbar um outro sistema muito sensível", utilizado como aparelho de medição, explica Assis. Nesse caso, o outro sistema era um qubit feito de material supercondutor, também produzido pelo time de Stanford. Esse qubit supercondutor serve para processar informação quântica e é a base de computadores quânticos do Google e da IBM, por exemplo.

Com isso, é possível medir se há energia no sistema ou não. No ressonador, a oscilação durou dois milissegundos, um tempo longo na escala de tempo da computação quântica. Isso permitiu centenas de medições com o objetivo de determinar as transições energéticas da onda sonora.

O sistema mostrou que a transição dos estados energéticos eram abruptas. Caso a variação energética fosse suave e contínua, a mudança na medição seria gradual. Em vez disso, os resultados eram análogos às trajetórias de saltos quânticos apresentados em experimentos com fótons.

Amir Safavi-Naeini comentou que, para os próximos passos da pesquisa, pretende fazer medições que provoquem ainda menos interferência e permitam observar o estado quântico por mais tempo.

Ele também quer acoplar múltiplos ressonadores mecânicos ao mesmo qubit supercondutor com o objetivo de construir uma memória quântica a partir de uma onda mecânica. Essa memória é formada pela absorção do fônon seguida de sua emissão. O fônon armazenado irá guardar informações quânticas.

A ideia do professor é que a memória quântica possa detectar erros sem destruir a informação quântica. De acordo com Naeini, a perda energética é um dos erros quânticos que precisam ser corrigidos e, para isso, deve ser identificado em que momento a perda acontece.

Segundo o professor do Instituto de Ciências Exatas da Universidade Federal Fluminense UFF) José Augusto Oliveira Huguenin, a geometria elaborada pela equipe de Naeini representa um "grande avanço tecnológico".

Huguenin explica que os ressonadores também apresentam a vantagem de serem escaláveis a manterem a memória quântica por um tempo "razoável", o que o torna forte candidato para aplicações em computadores quânticos. Já a conservação disso com fótons demanda grandes equipamentos e, mesmo assim, a informação armazenada pela partícula dura pouco tempo.

Há, porém, o novo desafio de manter a baixa temperatura que o sistema requer, pouco acima do zero absoluto, destaca Huguenin. Pequenas flutuações térmicas podem apagar a memória. Já no caso dos fótons, a temperatura pode permanecer ambiente.

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Publicado originalmente por Folha de S.Paulo. Leia a matéria completa em https://redir.folha.com.br/redir/online/emcimadahora/rss091/*https://www1.folha.uol.com.br/ciencia/2026/09/saltos-quanticos-do-som-sao-observados-pela-primeira-vez.shtml.