Zvok se nam zdi nekaj povsem zveznega. Ko udarimo po zvoncu ali glasbeni vilici, začne vibracija počasi pojenjati, dokler je ne slišimo več. Toda v kvantnem svetu se energija zvoka ne zmanjšuje povsem gladko. Obstaja v posameznih paketih, imenovanih fononi, in znanstvenikom na Stanfordu je zdaj prvič uspelo v realnem času opazovati trenutek, ko posamezen fonon naredi kvantni preskok.

Kvantni preskoki niso nova ideja. Fiziki jih poznajo že več kot stoletje, eksperimentalno pa so jih pri ionih prvič dokazali leta 1986 in pozneje tudi pri fotonih oziroma kvantih svetlobe. Pri zvoku je bilo precej težje, saj je treba spremljati izredno majhne mehanske vibracije, ne da bi jih že sama meritev uničila.

Ekipa pod vodstvom Stanfordovega fizika Amirja Safavija-Naeinija je zato izdelala mikroskopski mehanski resonator, ki ga lahko nekoliko poenostavljeno opišemo kot izredno majhno glasbeno vilico. Naprava je izdelana s tehnologijami, podobnimi tistim za proizvodnjo računalniških čipov.

Ključna lastnost resonatorja je, da lahko vibrira približno dve milisekundi. To se sliši izjemno malo, vendar je v kvantnem merilu dovolj dolgo, da raziskovalci v tem času opravijo več sto meritev. Če bi imela običajna glasbena vilica primerljivo sposobnost zadrževanja vibracij, bi po udarcu zvonila več ur.

Resonator so povezali s superprevodnim kubitom, ki je deloval kot izredno občutljiv detektor. Ta je vedno znova preverjal, ali je v resonatorju še en fonon ali ga ni več. Tako so raziskovalci lahko spremljali energijsko stanje 1 in nato neposredno zaznali trenutek, ko je sistem nenadoma preskočil v stanje 0.

Prav to je bistvo kvantnega preskoka. Vibracija na naši vsakdanji ravni navidezno počasi zamira, na najnižji kvantni ravni pa energija izgine v diskretnih korakih. Eksperiment ni pomemben samo zato, ker so fiziki prvič neposredno videli pojav, ki ga je teorija že dolgo napovedovala. Nadzor posameznih fononov bi lahko postal uporaben pri kvantnih računalnikih. Kvantna stanja so zelo občutljiva na motnje in nenadzorovan kvantni preskok lahko pomeni napako v izračunu. Če ga sistem zna zaznati v trenutku, ko se zgodi, je mogoče razvijati učinkovitejše načine popravljanja takšnih napak.

Drugo veliko področje so senzorji. Mikroskopski resonatorji so tako občutljivi, da raziskovalci že preučujejo njihovo uporabo pri zaznavanju izredno majhnih fizikalnih sprememb in celo posameznih proteinov v celicah. Tehnologija bi nekoč lahko prišla tudi precej bližje vsakdanjemu življenju. Zvok in mehanske vibracije so pomemben del telefonov, mikrofonov, komunikacijskih naprav in številnih senzorjev. Če znamo zvok nadzorovati na ravni posameznih kvantov, dobimo povsem novo orodje za izdelavo naprav, ki so občutljivejše od današnjih.

Pred dobrim stoletjem je bila zamisel, da energija ne teče zvezno, ampak preskakuje med dovoljenimi stanji, ena najbolj nenavadnih posledic nastajajoče kvantne fizike. Zdaj so raziskovalci takšen preskok prvič dejansko spremljali tudi pri zvoku.