Imán cuántico

En una investigación se ha conseguido reproducir un modelo teórico mediante un sistema cuántico artificial. Los resultados, que muestran cómo el sistema se convierte en un imán cuántico, podrían tener aplicaciones en metrología o computación cuántica.

El estudio es obra de un equipo que incluye a científicos del Laboratorio Charles Fabry (Universidad París-Saclay en Francia, CNRS (Centro Nacional francés para la Investigación Científica) e Instituto de Óptica) y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en España.

Un experimento realizado en el Laboratorio Charles Fabry como parte principal de la investigación ha mostrado experimentalmente nuevas fases magnéticas de la materia en un simulador cuántico.

Cheng Chen, de la Universidad de París-Saclay, y sus colegas han podido observar orden ferromagnético de largo alcance en un sistema de espines cuántico. Los resultados, que podrían tener aplicaciones en metrología o en computación cuántica, muestran que las características fundamentales de este modelo teórico pueden implementarse y medirse en sistemas cuánticos artificiales y podría permitir la observación de otros fenómenos difíciles de calcular numéricamente.

Los electrones no solo poseen carga, sino también otra propiedad que se manifiesta en dispositivos extremadamente pequeños, que requieren de la mecánica cuántica para ser descritos: el espín. Partiendo de un estado donde todos los espines están alineados “hacia abajo”, mediante la aplicación controlada de pulsos láser y microondas, el equipo ha preparado estados de baja energía del sistema en dos situaciones complementarias: el caso ferromagnético, donde todos los espines tienden a orientarse en una única dirección en el plano horizontal, y el caso antiferromagnético, donde los espines vecinos se alinean en direcciones horizontales opuestas.

Fluorescencia de una matriz cuadrada de 100 átomos de rubidio individuales. (Imagen: Institut d’Optique / CNRS)

“De forma extraordinaria, y de acuerdo con las predicciones teóricas recientes, solo el caso ferromagnético permite observar un orden magnético de largo alcance: el sistema se convierte en un imán cuántico, algo que es imposible en dos dimensiones en los materiales convencionales”, explica Daniel Barredo, investigador del CSIC en el Centro de Investigación en Nanomateriales y Nanotecnología (CINN) que ha colaborado en el estudio.

En el trabajo también han participado grupos teóricos de la Universidad de Harvard y de Berkeley, en Estados Unidos, y de Innsbruck en Austria.

El estudio se titula “Continuous Symmetry Breaking in a Two-dimensional Rydberg Array”. Y se ha publicado en la revista académica Nature. (Fuente: CSIC)