Científicos suizos consiguieron levitar una nanoesfera de vidrio utilizando un láser y ralentizando su movimiento a su estado mecánico cuántico más bajo. Este avance nos servirá para comprender mejor la mecánica cuántica acercándola a nuestro tamaño y empleándola en aún más tecnologías. La investigación fue publicada en Nature.

Para hacer esto, la partícula se ve privada de su energía cinética con la ayuda de los láseres. Solo quedan movimientos, llamados fluctuaciones cuánticas, que ya no siguen las leyes de la física clásica, sino las de la física cuántica. La esfera de vidrio con la que se logró la hazaña es significativamente bastante pequeña, pero consta de varios cientos de millones de átomos.

En contraste con el mundo microscópico de fotones y átomos, las nanopartículas proporcionan una idea de la naturaleza cuántica de los objetos macroscópicos, he ahí su importancia. Ahora el equipo multidisciplinario propone una forma de aprovechar las propiedades cuánticas de nanopartículas en diversas aplicaciones.

Reduciendo la fluctuación cuántica 

“Mientras que los átomos en el estado fundamental de movimiento rebotan a distancias mayores al tamaño del átomo, el movimiento de los objetos macroscópicos en el estado fundamental es muy, muy pequeño”, explican Talitha Weiss y Marc Roda-Llordes de la Universidad de Innsbruck. “Las fluctuaciones cuánticas de las nanopartículas son más pequeñas que el diámetro de un átomo”, añadieron.

Para aprovechar la naturaleza cuántica de las nanopartículas, la función de onda de las partículas debe expandirse en gran medida. En el esquema del experimento, las nanopartículas quedan atrapadas en campos ópticos y se enfrían hasta el estado fundamental. Al cambiar rítmicamente estos campos, las partículas ahora consiguen deslocalizarse brevemente en distancias exponencialmente mayores. 

“Incluso las perturbaciones más pequeñas pueden destruir la coherencia de las partículas, por lo que al cambiar los potenciales ópticos, solo separamos brevemente la función de onda de las partículas y luego la volvemos a comprimir inmediatamente”, señala Oriol Romero-Isart. Cambiando repetidamente el potencial, es posible aprovechar las propiedades cuánticas de la nanopartícula. 

Muchas aplicaciones

Con la nueva técnica, las propiedades cuánticas macroscópicas se logran estudiar con más detalle. Asimismo, resulta que este estado es muy sensible a las fuerzas estáticas. Por lo tanto, el método permitiría a instrumentos altamente sensibles ser usados para determinar fuerzas como la gravedad con mucha precisión.

Usando dos partículas expandidas y comprimidas simultáneamente por este método, también sería viable entrelazarlas a través de una interacción débil y explorar áreas completamente nuevas del mundo cuántico macroscópico. 

“Junto con el hecho de que el potencial de captura óptica es altamente controlable, nuestra plataforma experimental ofrece una ruta para investigar la mecánica cuántica a escalas macroscópicas”, concluyeron los investigadores en su artículo.