Pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson da Universidade de Harvard demonstraram pela primeira vez a interação entre um único fonon e um único spin atômico. O experimento, publicado na revista Nature, permite o controle direto do estado quântico de um qubit por meio de vibrações mecânicas em escala nanométrica.
O professor de engenharia elétrica Marko Lončar liderou o estudo, que criou um ressonador mecânico nanométrico ao redor de um qubit baseado em centro de cor em diamante. Esses defeitos atômicos na rede cristalina do diamante atuam como memórias quânticas eficientes e agora sustentam interações fortes o suficiente entre spin e fonons.
Lončar explicou que um único fonon pode excitar ou relaxar o estado quântico do qubit. Ele comparou o comportamento dos fonons ao de cordas de guitarra que vibram por longos períodos mesmo em volumes compactos.
Graham Joe, autor principal do estudo e ex-aluno de Harvard, destacou que sistemas quânticos como qubits supercondutores e defeitos em estado sólido interagem fortemente com fonons. A acústica quântica surge assim como conector universal capaz de unir memórias, processadores e sensores em arquiteturas híbridas de chips quânticos.
O spin atômico também funciona como sonda precisa para medir forças, tensões ou variações de temperatura em escalas atômicas. Os resultados aproximam as interações spin-mecânicas do limiar necessário para coerência quântica plena em sistemas sólidos.
Joe classificou o experimento como passo essencial tanto para o desenvolvimento de dispositivos acústicos quânticos quanto para ferramentas de sensoriamento ambiental em nível atômico. O trabalho, intitulado Purcell-enhanced spin–phonon coupling with a single colour centre, avança o controle preciso de defeitos quânticos em materiais sólidos.
De acordo com o portal Phys.org, o avanço foca na integração de acústica quântica dentro de chips quânticos, em vez de substituir completamente meios ópticos ou elétricos de transmissão. A plataforma mecânica nanométrica superou limitações históricas que impediam acoplamentos fortes o suficiente para aplicações práticas.
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