Un equipo de físicos ha iluminado ciertas propiedades de los sistemas cuánticos al observar cómo se propagan sus fluctuaciones a lo largo del tiempo. La investigación ofrece una comprensión compleja de un fenómeno complejo que es fundamental para la computación cuántica: un método que puede realizar ciertos cálculos de manera significativamente más eficiente que la computación convencional.
«En una era de computación cuántica, es vital generar una caracterización precisa de los sistemas que estamos construyendo», explica Dries Sels, profesor asistente en el Departamento de Física de la Universidad de Nueva York y autor del artículo, que aparece en la revista. Física de la naturaleza. «Este trabajo reconstruye el estado completo de un líquido cuántico, de acuerdo con las predicciones de una teoría cuántica de campos, similar a las que describen las partículas fundamentales en nuestro universo».
Sels agrega que el avance ofrece una promesa para el avance tecnológico.
«La computación cuántica se basa en la capacidad de generar entrelazamiento entre diferentes subsistemas, y eso es exactamente lo que podemos probar con nuestro método», señala. «La capacidad de hacer una caracterización tan precisa también podría conducir a mejores sensores cuánticos, otra área de aplicación de las tecnologías cuánticas».
El equipo de investigación, que incluía científicos de la Universidad Tecnológica de Viena, ETH Zurich, la Universidad Libre de Berlín y el Instituto Max-Planck de Óptica Cuántica, realizó una tomografía de un sistema cuántico: la reconstrucción de un estado cuántico específico con el objetivo de buscar evidencia experimental de una teoría.
El sistema cuántico estudiado constaba de átomos ultrafríos, átomos de movimiento lento que hacen que el movimiento sea más fácil de analizar debido a su temperatura cercana a cero, atrapados en un chip atómico.
En su trabajo, los científicos crearon dos «copias» de este sistema cuántico: nubes de átomos en forma de cigarro que evolucionan con el tiempo sin influirse entre sí. En diferentes etapas de este proceso, el equipo realizó una serie de experimentos que revelaron las correlaciones de las dos copias.
“Al construir una historia completa de estas correlaciones, podemos inferir cuál es el estado cuántico inicial del sistema y extraer sus propiedades”, explica Sels. «Inicialmente, tenemos un líquido cuántico muy fuertemente acoplado, que dividimos en dos para que evolucione como dos líquidos independientes, y luego lo recombinamos para revelar las ondas que hay en el líquido.
«Es como observar las ondas en un estanque después de arrojar una piedra e inferir las propiedades de la roca, como su tamaño, forma y peso».
Esta investigación fue apoyada por subvenciones de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea (FA9550-21-1-0236) y la Oficina de Investigación del Ejército de los EE. Fundación Alemana de Investigación (DRG).
