Forscher beobachten Quantensprung von Schall in Echtzeit

For­scher der St­an­ford Uni­ver­si­ty um Amir Sa­fa­vi-Naei­ni haben erst­mals in Echt­zeit be­ob­ach­tet, wie ein Pho­non, also ein Quant me­cha­ni­scher Schwin­gung, von sei­nem ers­ten an­ge­reg­ten Zu­stand in den Grund­zu­stand springt1. Mög­lich wurde dies durch einen be­son­ders lang­le­bi­gen na­no­me­cha­ni­schen Re­so­na­tor, der mit einem su­pra­lei­ten­den Qubit ge­kop­pelt wurde1. Das Qubit fun­giert dabei als emp­find­li­cher De­tek­tor, der wie­der­hol­te, zer­stö­rungs­freie Mes­sun­gen der Pho­no­nen­zahl er­laubt1.

Wäh­rend auf ma­kro­sko­pi­scher Ebene Schwin­gungs­ener­gie schein­bar kon­ti­nu­ier­lich ab­nimmt, ge­schieht dies im Quan­ten­be­reich in dis­kre­ten Sprün­gen zwi­schen ein­zel­nen Ener­gie­zu­stän­den1. Sol­che Quan­ten­sprün­ge waren bei an­de­ren Quan­ten­sys­te­men be­reits di­rekt sicht­bar ge­macht wor­den, bei me­cha­ni­schen Schwin­gun­gen ge­lang die zeit­li­che Ver­fol­gung ein­zel­ner Pho­no­nen je­doch bis­her nicht1. Der ver­wen­de­te Re­so­na­tor er­reich­te eine me­cha­ni­sche Le­bens­dau­er von 2,1 Mil­li­se­kun­den, und jedes zu­sätz­li­che Pho­non ver­schob die Qubit-Fre­quenz um 328 Ki­lo­hertz, was die klare Un­ter­schei­dung der Zu­stän­de er­mög­lich­te1.

Die For­scher konn­ten ein­zel­ne Pho­no­nen­zu­stän­de mit einer Prä­pa­ra­ti­ons­gü­te von 85 Pro­zent ge­zielt er­zeu­gen1. Laut Sa­fa­vi-Naei­ni zeigt die Stu­die, dass schwin­gen­de Ob­jek­te Quan­ten­ver­hal­ten auf­wei­sen kön­nen, was eine wich­ti­ge Vor­aus­set­zung für An­wen­dun­gen in Quan­ten­com­pu­ting und Sen­so­rik ist1.