Luego de agregar algo de “magnetismo” a un experimento cuántico, un equipo de físicos ha logrado producir un gas unidimensional ultraestable. Este gas, además, posee estados scar, los cuales podrían ser muy útiles en las tecnologías cuánticas.

El estudio, dirigido por Benjamin Lev de la Universidad de Stanford, fue publicado en Science.

¿Termalización?

La termalización es un proceso por el cual las diferentes partes de un sistema cuántico, en este caso, alcanzan el equilibrio térmico. Esta es un área de investigación emocionante porque resistir a esta termalización es la clave para el desarrollo de sistemas cuánticos estables. Esto podría ayudarnos a potenciar nuevas tecnologías, como la computación cuántica.

En ese sentido, un equipo de investigadores de la Universidad de Standford, exploró lo que sucedería si modificaran un inusual sistema experimental de muchos cuerpos llamado gas Super Tonks-Girardeau. Estos son gases unidimensionales altamente excitados, átomos en estado gaseoso que están confinados a una sola línea de movimiento, que se han ‘afinado’ de tal manera que sus átomos desarrollan fuerzas de atracción extremadamente intensas entres sí.

Lo super de ellos es que, incluso bajo fuerzas extremas, teóricamente, no deberían colapsar como lo haría cualquier gas normal. Sin embargo, en la práctica, sí colapsan, pero es debido a imperfecciones experimentales. 

El experimento

En este punto, Lev y su equipo se preguntaron si un elemento altamente magnético como el disprosio podría ayudar a resistir mejor el colapso. Así, crearon un gas Super Tonks-Girardeau con átomos de este elemento y alteraron  sus orientaciones magnéticas. 

Los resultados fueron sorprendentes: el gas creado permaneció estable sin importar qué. Los investigadores seguían elevando el sistema a niveles cada vez más altos de energía, pero los átomos no colapsaron.

«Mi expectativa para nuestro sistema era que la estabilidad del gas solo cambiaría un poco», dijo Lev. “No esperaba ver una estabilización completa y dramática. Eso fue más allá de mi concepción más salvaje «.

“Las interacciones magnéticas que pudimos agregar fueron muy débiles en comparación con las interacciones atractivas que ya están presentes en el gas”, agregó. “Pensamos que aún colapsaría, pero no tan fácilmente”.

¿Estados scar?

En el camino, los investigadores también observaron el desarrollo de estados scar en el gas. Estos despiertan gran interés porque pueden ofrecer mejoras en la codificación de la información en un sistema cuántico. 

La existencia de estados scar dentro de un sistema cuántico con muchas partículas que interactúan, conocido como sistema cuántico de muchos cuerpos, solo se ha confirmado recientemente. El experimento de este estudio es el primer ejemplo de un estado scar en un gas cuántico de muchos cuerpos y el segundo avistamiento del fenómeno en el mundo real.

Si bien este descubrimiento no parece tener aplicaciones inmediatas, Lev y sus colegas seguirán haciendo lo necesario para impulsar la revolución de la tecnología cuántica.