Vandaag, de meeste kwantumexperimenten worden uitgevoerd met behulp van licht, waaronder die in nanomechanica, waarin minuscule objecten zodanig worden gekoeld met elektromagnetische golven dat ze kwantumeigenschappen onthullen. Nutsvoorzieningen, een team van natuurkundigen onder leiding van Oriol Romero-Isart van de Universiteit van Innsbruck en de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen stelt voor om in plaats daarvan microdeeltjes te koelen met geluidsgolven.

Terwijl de kwantumfysica zich meestal bezighoudt met de basisbouwstenen van licht en materie, al enige tijd, wetenschappers hebben geprobeerd de kwantumeigenschappen van grotere objecten te onderzoeken, daarmee de grens tussen de kwantumwereld en het dagelijks leven aftasten. Voor dit doeleinde, deeltjes worden afgeremd met behulp van elektromagnetische golven en de bewegingsenergie wordt drastisch verminderd. Dit wordt beschreven als "bewegingskoeling". Kwantumeigenschappen treden op wanneer deeltjes worden afgekoeld tot hun fundamentele kwantumgrondtoestand, dat is, tot het laagst mogelijke energieniveau.

Tot dusver, de enige manier om deeltjes af te koelen tot de grondtoestand was om ze te laten interageren met fotonen die gevangen zitten in een elektromagnetische resonator. Maar theoretische natuurkundigen onder leiding van Carlos Gonzalez-Ballestero en Oriol Romero-Isart van de Universiteit van Innsbruck en de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen, in samenwerking met experimentator Jan Gieseler van Harvard University en ICFO in Barcelona, stellen nu voor om de beweging van magnetische deeltjes te laten interageren met de interne akoestische golven die in elk deeltje zijn opgesloten.

Geluidsgolven in micromagneten

Naar analogie met fotonen - de quanta van licht - kunnen trillingen in een vast lichaam worden beschreven als zogenaamde fononen. Deze kleine geluidsgolfpakketten planten zich voort door het kristalrooster van de vaste stof. "De fononen zijn erg geïsoleerd en reageren alleen op de beweging van de deeltjesbeweging door magnetische golven, " legt Carlos Gonzalez-Ballestero uit. "In ons werk, we laten nu zien dat deze interactie kan worden gecontroleerd door een magnetisch veld." Dit maakt kwantumexperimenten zonder fotonen mogelijk, en dus zelfs met lichtabsorberende deeltjes. "Omgekeerd, we laten ook zien dat de sterke interactie tussen beweging en fononen een pad biedt om de ongrijpbare en exotische dynamiek van akoestische en magnetische golven in zeer kleine deeltjes te onderzoeken en te manipuleren, ", voegt Oriol Romero-Isart toe. De nieuwe methode opent ook nieuwe mogelijkheden voor de verwerking van kwantuminformatie, bijvoorbeeld, door fononen als kwantumgeheugen te gebruiken.