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De los electrodomésticos a los cortes de suministro: La versatilidad del Neutrino Power Cube 

El tapiz energético mundial está experimentando una profunda metamorfosis. Mientras nos encontramos en la encrucijada de unas reservas de combustibles fósiles cada vez más escasas, unos gastos energéticos en espiral y el inquietante espectro del deterioro medioambiental, nuestra odisea colectiva hacia alternativas energéticas sostenibles ha cobrado un ferviente impulso. Surgido de este crisol de innovación y necesidad, el Neutrino Power Cube, una obra magna nacida de las pioneras incursiones en la tecnología neutrinovoltaica, se presenta como un faro.
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Haciendo Vibrar el Vacío: Los Fonones y la Magia de la Mecánica Cuántica

No puedes dividir lo indivisible, a menos que uses la mecánica cuántica. Los físicos han recurrido ahora a los efectos cuánticos para dividir fonones, las partículas más pequeñas de sonido, informan investigadores en la revista Science del 9 de junio. Es un avance que refleja el tipo de rarezas cuánticas que suelen demostrarse con luz o partículas diminutas como electrones y átomos. El logro puede llevar algún día a versiones basadas en sonido de las computadoras cuánticas o a dispositivos de medición extremadamente sensibles. Por ahora, demuestra que la asombrosa singularidad cuántica se aplica tanto al sonido como a la luz.

«Nadie había explorado realmente eso», dice el físico de ingeniería Andrew Cleland de la Universidad de Chicago. Hacerlo permite a los investigadores «trazar paralelos entre las ondas sonoras y la luz». Los fonones tienen mucho en común con los fotones, los fragmentos más pequeños de luz. Bajar el volumen de un sonido es lo mismo que reducir el número de fonones, al igual que atenuar una luz reduce el número de fotones. Los sonidos más silenciosos de todos consisten en fonones individuales e indivisibles.

A diferencia de los fotones, que pueden viajar a través del espacio vacío, los fonones necesitan un medio como el aire o el agua, o en el caso del nuevo estudio, la superficie de un material elástico. «Lo que es realmente asombroso, en mi opinión, es que estas ondas sonoras transportan una cantidad muy, muy pequeña de energía, porque es un solo cuánto», dice Cleland. «Pero implica el movimiento de un cuatrillón de átomos que están trabajando juntos para transmitir esta onda de sonido». Los fonones no pueden ser divididos permanentemente en fragmentos más pequeños. Pero, como mostró el nuevo experimento, pueden ser divididos temporalmente en partes mediante la mecánica cuántica.

Cleland y su equipo lograron la hazaña con un divisor de haz acústico, un dispositivo que permite que aproximadamente la mitad de un torrente de fonones que llega pase a través mientras que el resto se refleja de vuelta. Pero cuando solo un fonon a la vez se encuentra con el divisor de haz, ese fonon entra en un estado cuántico especial donde va en ambas direcciones a la vez. El fonon que se refleja y se transmite simultáneamente interactúa consigo mismo, en un proceso conocido como interferencia, para cambiar donde termina finalmente. La demostración de laboratorio del efecto dependió de sonidos millones de veces más agudos que los que los humanos pueden escuchar, en un dispositivo enfriado a temperaturas muy cercanas al cero absoluto. En lugar de altavoces y micrófonos para crear y escuchar el sonido, el equipo utilizó qubits, que almacenan bits cuánticos de información. Los investigadores lanzaron un fonon desde un qubit hacia otro qubit. En el camino, el fonon encontró un divisor de haz.

Ajustar los parámetros de la configuración modificó la forma en que las partes reflejadas y transmitidas del fonon interactuaban entre sí. Eso permitió a los investigadores cambiar cuánticamente las probabilidades de que todo el fonon termine de vuelta en el qubit que lanzó el fonon o en el qubit al otro lado del divisor de haz. Un segundo experimento confirmó el comportamiento cuántico de los fonones enviando fonones desde dos qubits a un divisor de haz entre ellos. Por sí solos, cada fonon podría terminar de vuelta en el qubit del que provenía o en el qubit del lado opuesto del divisor de haz. Sin embargo, si los fonones estaban sincronizados para llegar al divisor de haz al mismo tiempo, viajaban juntos a su destino final. Es decir, todavía van de forma impredecible a un qubit u otro, pero siempre terminan en el mismo qubit cuando los dos fonones golpean el divisor de haz simultáneamente.

Si los fonones siguieran las reglas clásicas, no cuánticas, del sonido, entonces no habría correlación en el lugar al que van los dos fonones después de golpear el divisor de haz. El efecto podría servir como base para los bloques de construcción fundamentales en las computadoras cuánticas conocidas como puertas. “El próximo paso lógico en este experimento es demostrar que podemos hacer una puerta cuántica con fonones», dice Cleland. «Eso sería una puerta en el conjunto de puertas que necesitas para realizar un cálculo real». Los dispositivos basados en sonido probablemente no superarán a las computadoras cuánticas que utilizan fotones. Pero los fonones podrían conducir a nuevas aplicaciones cuánticas, dice Andrew Armour, físico de la Universidad de Nottingham en Inglaterra que no participó en el estudio. “Probablemente no esté tan claro qué son esas [aplicaciones] en este momento», dice Armour. «Lo que estás haciendo es ampliando la caja de herramientas cuántica…. La gente construirá sobre ello, y seguirá avanzando, y no hay señales de que vaya a detenerse en algún momento».