Unos físicos de la Universidad de Stanford, en California, han registrado por primera vez en tiempo real los saltos cuánticos del sonido: el instante en que un resonador diminuto de niobato de litio, que conserva la vibración durante 2,1 milisegundos, pierde su única unidad de vibración, un fonón, y cae a su estado de mínima energía. El trabajo, dirigido por el físico Amir Safavi-Naeini, se publicó el 17 de septiembre de 2026 en Science.
Takuma Makihara y Erik Szakiel, primeros autores del estudio a partes iguales, diseñaron, fabricaron y midieron el dispositivo en el Laboratorio Ginzton de la universidad.
Un salto que se buscaba desde hace un siglo
Los saltos cuánticos, transiciones bruscas de un nivel de energía a otro, se teorizaron a principios del siglo XX. Según la nota de la Escuela de Humanidades y Ciencias de Stanford, se observaron por primera vez en iones atrapados en 1986 y en fotones, las partículas de la luz, en 2007.
Con el sonido, experimentos anteriores habían encontrado indicios de esos saltos, pero ninguno había mostrado fonones individuales saltando en tiempo real, según la nota. A principios de este año, un equipo internacional consiguió medir cuánto dura el salto cuántico de un electrón, pero ver saltar a una vibración mecánica exigía otro tipo de instrumento.
Un fotón es la pieza más pequeña posible de la luz; su equivalente en el sonido, el fonón, representa el movimiento coordinado de un gran grupo de átomos. La mecánica cuántica predice que la energía de un objeto que vibra llega en paquetes discretos, pero ninguna medición de su posición revela esos escalones, explican los autores. Hace falta una medición que se acople a la energía del resonador y no a su desplazamiento.
«Lo que muestra este estudio nos permitirá avanzar en el desarrollo de nuevas tecnologías cuánticas con sonido», dijo Safavi-Naeini, profesor asociado de física aplicada en Stanford. Según explicó, el equipo ha comprobado que los objetos que vibran pueden comportarse de forma cuántica, requisito previo para la computación y la detección cuánticas.
Un diapasón microscópico que suena 2,1 milisegundos
El grupo de Safavi-Naeini lleva años detrás de esa medición. En julio de 2019 presentó en Nature un micrófono cuántico capaz de contar fonones. Un micrófono corriente no sirve, explicó entonces, porque el propio acto de medir inyecta en el sistema una energía que enmascara justo la que se intenta medir.
El resonador funciona como un diapasón microscópico y se fabrica con las mismas técnicas que se usan para hacer chips. Es tan pequeño que podrían colocarse muchos en un mismo chip para realizar funciones complejas, según Stanford.
Lo decisivo es cuánto tiempo «suena». El artículo da una vida mecánica de 2,1 milisegundos, el tiempo característico en que la vibración pierde su energía. Si un diapasón de tamaño normal tuviera esa misma capacidad, seguiría sonando durante varias horas, compara la universidad.
Ese margen permitió hacer cientos de lecturas para fijar el momento en que la energía saltaba del estado 1 al 0. En los datos que el equipo ha dejado en abierto en el repositorio Zenodo, cada una de las 8447 trayectorias seleccionadas incluye 294 comprobaciones sucesivas.
Un cúbit que cuenta fonones sin destruirlos
El gran reto de la ingeniería cuántica es sacar una señal de un sistema cuántico sin alterar su estado. Makihara y Szakiel emparejaron el resonador con un cúbit superconductor, un circuito eléctrico que puede almacenar información cuántica y que aquí hace de detector.
Para unir las dos piezas idearon una técnica de impresión por transferencia alineada, con la que lograron esa vida mecánica de 2,1 milisegundos, según el resumen del artículo. Los dispositivos se fabricaron en las instalaciones de nanofabricación de Stanford.
El acoplamiento entre ambos es dispersivo: la frecuencia del cúbit se desplaza 328 kilohercios por cada fonón del resonador, de modo que el cúbit «oye» cuántos hay sin necesidad de medir su posición. Son lo que los autores llaman mediciones cuánticas no destructivas del número de fonones, lecturas que se pueden repetir sin destruir lo que se mide.
Del estado 1 al 0 en tiempo real
Durante los dos milisegundos de vibración, el cúbit comprueba una y otra vez si el fonón sigue ahí, es decir, si el resonador está en el nivel de energía 1 o en el 0, el estado fundamental. La fidelidad del 85 % mide cuánto se parecía el estado preparado al ideal de un único fonón, y con él el equipo observó los saltos entre ese primer estado excitado y el fundamental.
Los autores ven en estas transiciones discontinuas una manifestación llamativa de la mecánica cuántica en un objeto masivo que vibra. Es la misma frontera que exploran otros equipos, como el que logró que partículas metálicas con más de 7000 átomos se comportaran como ondas cuánticas.
Errores cuánticos, proteínas y teléfonos móviles
La primera aplicación posible es la corrección de errores. Los estados cuánticos son frágiles y pueden estropear un cálculo antes de que termine, y en muchas arquitecturas un salto cuántico es precisamente un error que hasta ahora costaba mucho detectar, explica Stanford. Otros grupos buscan atajos distintos, como los físicos de Chalmers que han ideado operaciones cuánticas más de 1000 veces más rápidas para que los errores no tengan tiempo de arruinar el cálculo.
La pareja de resonador y cúbit también podría servir para medir con una precisión extrema. El equipo de Safavi-Naeini ya trabaja con el del físico Michael Roukes, en Caltech, para usar esta plataforma en la detección e identificación de proteínas dentro de las células.
El sonido es además una pieza clave de los teléfonos inteligentes y de muchos otros aparatos. «Esto demuestra que podemos tener un control increíblemente fino del sonido», dijo Szakiel, que hace el doctorado en el laboratorio de Safavi-Naeini, y eso podría permitir mejorar mucho los dispositivos que usan el sonido como tecnología fundamental.
Lo que el experimento todavía no resuelve
Stanford presenta el resultado como un primer paso fundamental hacia la corrección de errores, no como un sistema que ya la haga. El experimento sigue un único fonón entre el primer estado excitado y el fundamental, con una fidelidad del 85 % al prepararlo.
Las trayectorias publicadas en Zenodo son las que dieron seis medidas consecutivas del cúbit en estado excitado, un filtro que deja fuera el resto de los intentos. La nota tampoco da plazos para las aplicaciones en sensores o teléfonos.
Entre quienes apoyaron la investigación figura Amazon Web Services. Safavi-Naeini y su colega David Schuster, también firmante, son Amazon Scholars, una relación que el artículo recoge en su declaración de intereses.
El estudio completo se ha publicado en Science.
Foto: Oliver Hitchcock / Universidad de Stanford
