Lo bueno si breve... en el mundo cuántico

Llevar a cabo una tarea despacio y con cuidado puede darnos un producto de buena calidad. Lo resume el dicho popular “despacito y buena letra”. Pero ¿y si pagamos un alto precio por la lentitud? El tiempo es un bien escaso y, además, un buen resultado no está garantizado, pues diversos asuntos y sucesos nos pueden molestar o interrumpir fácilmente si tardamos demasiado. Queda claro, por tanto, que nos interesa a menudo hacer las cosas bien pero también rápido. El contradictorio refranero nos lo ilustra de nuevo: “lo bueno, si breve, dos veces bueno”. Esta noción cotidiana se aplica también en los laboratorios de física y en particular al manipular sistemas, como átomos naturales o artificiales, con los que físicos e ingenieros intentan crear nuevas tecnologías cuánticas para realizar cálculos hoy en día imposibles, comunicaciones seguras a prueba de espías, sensores de sensibilidades sin precedentes, y medidas ultraprecisas del tiempo y otras magnitudes.

En el mundo cuántico, los procesos ‘adiabáticos’ son aquellos en los que los controles del sistema se modifican lentamente. Muy comunes para preparar o cambiar estados sin excitar el sistema que queremos controlar, sufren sin embargo los mismos problemas que hemos mencionado en el párrafo anterior: falta de tiempo y probabilidad muy alta de ser perturbados. Son problemas graves en este contexto, ya que los estados de los sistemas cuánticos tienden a ser muy delicados y a degradarse rápidamente perdiendo precisamente sus valiosas y extrañas propiedades cuánticas como la posibilidad de explorar varios caminos a la vez. Para colmo, en un tiempo demasiado prolongado un átomo puede acabar escapándose de la trampa que lo contiene.

Los investigadores Sofía Martínez Garaot y Gonzalo Muga. (Foto: UPV/EHU)

Los ‘atajos a la adiabaticidad’ son técnicas para soslayar las dificultades que acabamos de describir: se trata de conseguir los mismos resultados que los lentos procesos adiabáticos pero en poco tiempo. El término apareció por primera vez en 2010 en un trabajo publicado en Physical Review Letters por investigadores de la UPV/EHU con colaboradores de Alemania y Francia (https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.104.063002). Desde entonces estas ideas se han desarrollado por los autores del artículo y por muchos otros grupos, y se han puesto en práctica en numerosos experimentos con todo tipo de sistemas cuánticos. Da una idea del crecimiento exponencial de las aplicaciones el que solo en 2018 los atajos se han mencionado o utilizado en más de 1.500 artículos. El concepto de ‘atajo a la adiabaticidad’ se ha extendido también más allá del dominio cuántico hacia campos como la óptica, para fabricar dispositivos más compactos; o la ingeniería, donde, sorprendentemente, permite, por ejemplo, acelerar una grúa mecánica sin poner en riesgo la seguridad.

Un equipo europeo, con Gonzalo Muga (del equipo original) y Sofía Martínez Garaot, como investigadores de la UPV/EHU (Facultad de Ciencia y Tecnología), más otros cuatro coautores, ha compilado los conceptos, métodos y aplicaciones de los ‘atajos’ desarrollados durante estos diez últimos años en un sustancioso artículo –casi un breve libro- que servirá de referencia básica para cualquier avance posterior. El artículo, publicado en Review of Modern Physics, que ocupa el primer lugar entre las revistas de Física según varios criterios como el índice de Scimago o las citas por documento, combina según sus autores el rigor científico con una intención didáctica y tono ameno. (Fuente: UPV/EHU)