Stanford Üniversitesi Beşeri Bilimler ve Bilim Okulu'nda uygulamalı fizik profesörü ve tıpkı vakitte çalışma önderi olan Amir Safavi-Naeini, “Bu aygıtın gelecekteki kuantum makineleri için yeni tip kuantum sensörlerine ve depolama aygıtlarına imkân vermesini bekliyoruz” dedi.
İlk olarak 1907'de Albert Einstein tarafından önerilen fononlar, titrek atomların yaydığı titreşim gücü paketleri olarak tanımlanabilir. Bu bölünemez paketler yahut kuantlar, frekanslarına bağlı olarak ses yahut ısı olarak kendini gösterir. Işığın kuantum taşıyıcıları olan fotonlar üzere fononlar da ölçülür yani titreşimsel güçleri başka bir bedelle sonlandırılır. Safavi-Naeini, “Ses, olağanda deneyimlemediğimiz bir tanecikliliğe sahip zira kuantum düzeyindeki sesler çatlar” açıklamasında bulundu.
Mekanik bir sistemin gücü, ürettiği fonon sayısına bağlı olarak “Fock” durumlarını (0, 1, 2 vb.) belirtir. Örneğin “1 Fock durumu”, muhakkak bir gücün bir fononundan oluşur; “2 Fock durumu”, tıpkı güce sahip iki fonondan oluşur. Daha yüksek fonon durumları da daha yüksek seslere karşılık gelir. Bu sorunu ele almak için Stanford takımı, dünyanın en hassas mikrofonunu yani atomların fısıltılarını gizlice dinlemek için kuantum prensiplerini kullanan bir mühendislik harikası tasarladı.
Sıradan bir mikrofonda, gelen ses dalgaları bir iç zarı oynatır ve bu fizikî yer değiştirme ölçülebilir bir sinyale dönüştürülür. Bu yaklaşım, ferdî fononları tespit etmek için işe yaramaz çünkü Heisenberg Belirsizlik İlkesi'ne göre bir kuantum objesinin pozisyonu, değiştirilmeden tam olarak bilinemez. Bunun yerine fizikçiler, Fock durumlarını (ve böylelikle fononların sayısını) direkt ses dalgalarında ölçecek bir sistem geliştirdiler. Safavi-Naeini, “Kuantum mekaniği, bize pozisyon ve momentumun kesin olarak bilinemediğini söylüyor ancak güç hakkında bu türlü bir şey söylemiyor. Bu yüzden güç sonsuz hassasiyetle bilinebilir” dedi.
Bilim insanlarının geliştirdiği kuantum mikrofon, yalnızca elektron mikroskobu ile görülebilecek kadar küçük olan bir dizi harika soğutmalı nanomekanik rezonatörden oluşuyor. Rezonatörler, dirençsiz ve hareket eden elektron çiftleri içeren bir muhteşem iletken devreye bağlanıyor. Devre, birebir anda iki durumda bulunabilen ve elektronik olarak okunabilen, doğal bir frekansa sahip olan bir kuantum bit yahut kesiti oluşturuyor. Mekanik rezonatörler titreştiğinde, farklı durumlarda fononlar oluşturuluyor..
Arrangoiz-Arriola, “Rezonatörler, ses aynaları üzere hareket eden periyodik yapılardan oluşuyor. Bu yapay kafeslere müdahale ederek fononları, yapıların ortasında tutabiliyoruz” dedi. Araştırmacılar, bu fononları adeta bir kafese koydular ve fononların o kafesin duvarlarına çarpmalarını beklediler. Kafesin duvarlarını sarsan fononların ortaya çıkardıkları mekanik hareketler, ultra ince teller yardımıyla kuantum bitlere taşındı. Bununla birlikte sistemi rezonatörlerin çok farklı frekanslarda titreştiği formda ayarlayan araştırmacılar, bu mekanik ilişkiyi zayıflattı ve dağıtıcı bir etkileşim olarak bilinen bir cins kuantum etkileşimini tetikledi.
Fononları tam olarak üretme ve tespit etme hünerine hâkim olmak, ses parçacıkları olarak kodlanan bilgileri saklayabilen ve alabilen yahut optik ve mekanik sinyaller ortasında sıkıntısız bir halde dönüştürebilen yeni cins kuantum aygıtlarının önünü açabilir. Bu çeşit aygıtlar, fotonları kullanan kuantum makinelere nazaran daha kompakt ve verimli hâle getirilebilir çünkü fononların kullanımı kolay ve hafif parçacıklardan binlerce defa daha küçük dalga uzunluklarına sahip.
