Un grupo de científicos dirigido por Johannes Fink del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria IST Austria informó la primera observación experimental de una transición de fase de primer orden en un sistema cuántico disipativo. Las transiciones de fase son algo que a menudo encontramos en la vida cotidianacuando observamos el cambio del estado de la materia, por ejemplo, la congelación del agua a la temperatura crítica de 0 grados centígrados, sin embargo, las transiciones de fase también ocurren a nivel mecánico cuántico, donde están, a pesar de su importancia para varioscampos de la física - relativamente inexplorados
Un ejemplo de transición de fase a nivel cuántico es la descomposición del bloqueo de fotones, que solo se descubrió hace dos años. Durante el bloqueo de fotones, un fotón llena una cavidad en un sistema óptico y evita que otros fotones entren en la misma cavidad hastase va, por lo tanto, bloquea el flujo de fotones, pero si el flujo de fotones aumenta a un nivel crítico, se predice que ocurrirá una transición de fase cuántica: el bloqueo de fotones se rompe y el estado del sistema cambia de opaco a transparente.La transición de fase específica ahora ha sido observada experimentalmente por investigadores que, por primera vez, lograron cumplir las condiciones muy específicas que son necesarias para estudiar completamente este efecto.
Durante una transición de fase, la sintonización continua de un parámetro externo, por ejemplo, la temperatura, conduce a una transición entre dos estados estables robustos con diferentes atributos. Las transiciones de fase de primer orden se caracterizan por una coexistencia de las dos fases estables cuando el controlEl parámetro está dentro de un cierto rango cercano al valor crítico. Las dos fases forman una fase mixta en la que algunas partes han completado la transición y otras no, como en un vaso en el que el hielo y el agua están presentes al mismo tiempo.resultados experimentales que Fink y sus colaboradores publicarán en la revista Revisión física X dé una idea de la base mecánica cuántica de este efecto en un sistema microscópico de dimensión cero.
Su configuración consistía en un microchip con un resonador de microondas superconductor que actuaba como la cavidad y unos pocos qubits superconductores que actuaban como átomos. El chip se enfrió a una temperatura asombrosamente cercana al cero absoluto - 0.01 Kelvin - para que las fluctuaciones térmicas lo hicieranno juegan un papel. Para producir un flujo de fotones, los investigadores enviaron un tono continuo de microondas a la entrada del resonador en el chip. En el lado de salida amplificaron y midieron el flujo de microondas transmitido. Para ciertas potencias de entrada detectaron unseñal que cambia estocásticamente entre la transmisión cero y la transmisión completa: se había producido la coexistencia esperada de ambas fases. "Hemos observado este cambio aleatorio entre opaco y transparente por primera vez y de acuerdo con las predicciones teóricas", dice el autor principal Johannes Fink de IST Austria.
Las posibles aplicaciones futuras son elementos de almacenamiento de memoria, así como procesadores para la simulación cuántica. "Nuestro experimento tardó exactamente 1,6 milisegundos en completarse para cualquier potencia de entrada dada. La simulación numérica correspondiente tardó un par de días en un clúster de supercomputadora nacional. Esto proporciona unidea de por qué estos sistemas podrían ser útiles para las simulaciones cuánticas ", explica Fink.
Johannes Fink llegó a IST Austria en 2016 para comenzar su grupo de trabajo sobre dispositivos integrados cuánticos. El objetivo principal de su grupo es avanzar e integrar la tecnología cuántica para la computación, comunicación y detección basadas en chips.
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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