Utilizando un condensado de Bose-Einstein compuesto por millones de átomos de sodio, los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han observado una aguda transición de fase cuántica inducida magnéticamente donde esperan encontrar pares atómicos enredados. El trabajo acerca a los científicos a un escurridizo enredadoindique que tendría aplicaciones potenciales de detección y computación más allá de sus intereses científicos básicos.
El uso de átomos enredados de un condensado podría mejorar la sensibilidad y reducir el ruido al detectar cambios muy pequeños en las propiedades físicas, como los campos magnéticos o la rotación. Y también podría proporcionar una base para que las computadoras cuánticas puedan realizar ciertos cálculos mucho más rápidoque las computadoras digitales convencionales.
Patrocinado por la National Science Foundation, la investigación se informó el 23 de enero como una comunicación rápida en la revista Revisión física A .
"Hemos definido una ventana en la que esperamos poder observar el enredo", dijo Chandra Raman, profesora asociada de la Facultad de Física de Georgia Tech. "Ahora sabemos dónde buscarla y sabemos cómo buscarla".para ello."
Raman y el ex estudiante de posgrado Anshuman Vinit han estado estudiando los condensados de Bose-Einstein BEC como una fuente de enredo, buscando aprovechar la pureza cuántica del sistema para crear condiciones en las que pueda ocurrir la correlación entre los átomos. BEC normalmente no contienenátomos enredados.
"Encontramos formas de diseñar el sistema para crear enredos", explicó Raman. "Observamos el comportamiento del sistema a medida que ajustamos el campo magnético muy cerca del límite de fase y mostramos que el límite tenía un punto muy bien definido"Pudimos resolver ese límite con un nivel de incertidumbre que no pensamos que podríamos obtener hasta que hicimos el experimento".
Las predicciones teóricas han sugerido que en el límite entre las diferentes fases magnéticas de un condensado de spinose Bose-Einstein, los científicos encontrarían un estado cuántico entrelazado de todos los átomos. En los condensados de spinor Bose-Einstein, los momentos magnéticos individuales no necesitan teneruna orientación bien definida en el espacio, sino que puede existir en una superposición de diferentes orientaciones.
En su experimento, los investigadores identificaron dos fases: antiferromagnética y polar. En la fase polar, todos los átomos alinean sus momentos verticalmente, mientras que en la fase antiferromagnética, están alineados horizontalmente. En un BEC exactamente en el límite entre estas fases, los teóricos habían predicho la existencia de una superposición mecánica cuántica de todas las alineaciones posibles, un estado enredado.
Los investigadores aún no han observado ese estado entrelazado, pero su trabajo hasta ahora ha definido una ventana experimental dentro de la cual buscar nuevos efectos físicos que gobiernen diferentes fases magnéticas, o generar estados entrelazados que sean relevantes para los sistemas basados en cuántica.
Investigaciones anteriores en el laboratorio de Raman habían producido las dos fases, pero el límite entre ellas estaba "manchado" por las inhomogeneidades del campo magnético. Al suavizar el campo magnético para que fuera más uniforme, los investigadores pudieron eliminar las variaciones aproducir un límite agudo entre las fases.
Raman dijo que en el área de transición estrechamente definida identificada en la investigación, los átomos se dividen entre las dos fases, lo que hace que se formen pares entrelazados. El estado puede ser lo suficientemente estable como para encontrar aplicaciones prácticas, aunque los científicos no lo sabrán con certezahasta que realmente puedan observar y medir las propiedades.
Los investigadores midieron el límite en su sistema "saltando" el campo magnético de una parte del BEC a otra. El movimiento creó una inestabilidad dinámica en el sistema atómico; cuanto mayor es la inestabilidad, menos tiempo requiere el sistema para regresaral equilibrio, como predice la teoría cuántica.
Los investigadores ahora creen que han preparado el escenario para observar el enredo en grupos más pequeños de átomos, quizás no más de mil.
"En nuestra sensibilidad actual, creemos que podríamos observar estos estados correlacionados con un número razonable de partículas", dijo Raman. "Creemos que eso es experimentalmente factible, y dado que podemos medir el límite con precisión, podemos comenzarpara probar las teorías que rigen el comportamiento en este régimen "
Una vez que se muestra, el gran conjunto de átomos podría dividirse en muchos grupos más pequeños que operan de forma independiente, cada uno con límites de fase que contienen átomos enredados. Aunque Raman considera que la ciencia básica y la computación cuántica son interesantes, está igualmente entusiasmado con las posibles aplicaciones de detección.
"Si pudiera reducir el nivel de ruido mediante el uso inteligente de superposiciones de mecánica cuántica, podría darse cuenta de sensores que son más precisos y podría detectar efectos más pequeños", dijo. "En la detección cuántica podría usar enredos para aumentar la precisión demediciones a niveles que, en los sistemas de sensores clásicos, tendrían un nivel de ruido más alto ".
En los sistemas oscilantes clásicos, como el lanzamiento de monedas, cada lanzamiento es un sistema independiente y tiene un cierto nivel de ruido. Pero debido a la correlación, los pares atómicos ya no serían sistemas independientes.
"En un sistema clásico ordinario, hay una cierta cantidad de ruido que tiene que ver con el hecho de que está haciendo mediciones en sistemas independientes", dijo. "En los sistemas cuánticos, es posible suprimir ese ruido si los átomosestán correlacionados. Es como si las monedas estuvieran hablando entre sí "
Por lo tanto, los sensores cuánticos podrían detectar cambios en la rotación o variación magnética que son demasiado pequeños para los sensores actuales. Se podrían encontrar otras aplicaciones en la medición espectroscópica, dijo Raman.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por John Toon. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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