Investigadores de la Universidad de Barcelona y el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) han ideado un método para generar fluidos cuánticos en 'láminas' de átomos ultrafríos. El estudio, que publica esta semana la revista Nature Communications, se podría aplicar en futuros desarrollos de computación cuántica.
En 1998 se otorgó el premio Nobel de Física al descubrimiento de un tipo de fluido cuántico conocido como estado de Laughlin, caracterizado por presentar 'excitaciones de carga fraccionaria'. Producir este estado cuántico, que explica el comportamiento de los electrones en placas metálicas bidimensionales cuando están sometidos a campos magnéticos intensos, es desde entonces uno de los objetivos en la investigación de átomos ultrafríos y del condensado de Bose-Einstein (estado de agregación de la materia a temperaturas muy bajas).
Ahora, en un trabajo teórico firmado por investigadores de la Universidad de Barcelona (UB) y del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) y publicado en Nature Communcations, se propone un método para generar este tipo de estados en sistemas bidimensionales de átomos ultrafríos, con potenciales aplicaciones en computación cuántica.
"El trabajo combina varias ideas de vanguardia, como por ejemplo la generación de campos magnéticos artificiales, que permiten estudiar fenómenos como el efecto Hall cuántico fraccionario (al que dan lugar los estados de Laughlin) en sistemas compuestos por átomos neutros, con el uso de trampas nanoplasmónicas (un tipo de oscilaciones colectivas de la nube electrónica de un metal a nivel cuántico) para poder confinar el sistema de átomos en una región bidimensional", apunta Bruno Juliá, investigador de la UB y primer autor del estudio.
Una trampa nonoplasmónica
Así, los átomos ultrafríos, según la simulación numérica, quedarían suspendidos sobre una superficie metálica por la acción del campo nanoplasmónico. Una vez dispuestos de ese modo, los átomos serían iluminados con un láser que permitiría generar un campo magnético artificial que los átomos podrían notar, como les ocurre de manera natural a los electrones en la placa metálica.
"Este trabajo es innovador porque conseguimos combinar las ideas fundamentales de la nanotecnología y la física de los átomos ultrafríos", explica Maciej Lewenstein, investigador del ICFO.
Para conseguir que los átomos interaccionen entre ellos – que en principio no pueden hacer, ya que el principio de Pauli de la mecánica cuántica impide que dos fermiones idénticos se 'toquen'– y presenten un comportamiento similar a la repulsión entre cargas de los electrones, se aprovecha la excitación virtual de uno de ellos, dando lugar a una fuerza interatómica cuya intensidad se puede regular experimentalmente.
Este trabajo surge de la colaboración entre el departamento de Estructura y Constituyentes de la Materia de la Facultad de Física de la UB y los grupos de Nanofotónica Cuántica y de Teoría de la Óptica Cuántica del ICFO –adscritos al campus de excelencia internacional BKC–, cuya labor conjunta ha permitido articular los avances en nanofotónica con el campo de la simulación cuántica en sistemas de átomos ultrafríos.
Referencia bibliográfica:
B. Juliá-Díaz, T. Grass, O. Dutta, D. E. Chang, M. Lewenstein. "Engineering p-wave interactions in ultracold atoms using nanoplasmonic traps". Nature Communications, junio 2013. DOI: 10.1038/ncomms3046.
Este científico liderara a partir de 2026 el mayor laboratorio de física de partículas del mundo. Mark Thomson tendrá el reto de impulsar proyectos de enorme envergadura, como la posible construcción de un nuevo acelerador de casi 100 kilómetros de longitud, que transformaría el panorama de la física.
Investigadores del Instituto de Física Corpuscular han logrado medir en el laboratorio la formación de un elemento clave en la evolución de la composición química de los elementos pesados. Un isótopo de este elemento, el Plomo-204, se produce en estrellas gigantes rojas, responsables de la creación de la mitad de los elementos más pesados que el hierro en la naturaleza.
