Las simulaciones son una herramienta popular para estudiar procesos físicos que no pueden investigarse experimentalmente en detalle. Por ejemplo, los científicos tienen el desafío de investigar procesos físicos en materiales, ya que sus propiedades están determinadas por las interacciones de partículas individuales, que apenas se pueden medir directamente. ConvencionalLas computadoras alcanzan rápidamente sus límites cuando se enfrentan a estas complejas simulaciones. A principios de la década de 1980, Richard Feynman propuso simular estos procesos en un sistema cuántico para superar este obstáculo. Dos décadas después, Ignacio Cirac y Peter Zoller presentaron conceptos concretos sobre cómoLos procesos podrían estudiarse mediante el uso de átomos ultrafríos confinados en redes ópticas. En los últimos años, este enfoque ha demostrado su eficacia en la práctica y ahora se aplica ampliamente en experimentos.
"Somos capaces de controlar bien las partículas ultrafrías en los experimentos y esto nos ha proporcionado nuevas ideas sobre las propiedades físicas", dice Francesca Ferlaino del Instituto de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck y el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica deAcademia de Ciencias de Austria. En colaboración con el equipo de físicos teóricos de Peter Zoller, su equipo de investigación ha ampliado este enfoque para las simulaciones cuánticas y ha sentado las bases para futuras investigaciones nuevas: por primera vez, los físicos pudieron medir cuantitativamenteinteracciones de rango entre átomos magnéticos en redes ópticas.
Caja de herramientas experimentales para la materia
Muchos estudios se han centrado en la investigación de la interacción de partículas de corto alcance. "En contraste, estamos trabajando con átomos fuertemente magnéticos, que también pueden interactuar a largas distancias", dice el coautor Manfred Mark. Para su experimento, elLos físicos prepararon un gas ultrafrío de átomos de erbio, un condensado de Bose-Einstein, en una red óptica tridimensional de rayos láser. En este cristal simulado de cuerpo sólido, las partículas se organizaron de manera similar a los huevos en un cartón. La distancia entrelas partículas eran siete veces su función de onda en el experimento de Innsbruck. "Al usar un campo magnético, podemos cambiar directamente la dirección de los mini imanes y controlar con precisión cómo interactúan las partículas, atrayéndose o repitiéndose entre sí", explica el primer autor SimonBaier.
Una búsqueda de fases cuánticas exóticas
"Nuestra colaboración con Zoller, Cai Zi y Mikhail Baranov fue indispensable para comprender nuestros resultados de medición de manera integral", subraya Francesca Ferlaino. "Nuestro trabajo es otro paso importante hacia una mejor comprensión de la materia cuántica de los átomos dipolares porque su naturaleza es muchomás complejo que los átomos utilizados para los gases cuánticos ultrafríos en otros experimentos ". Los resultados de la investigación también sientan las bases para futuros estudios de nuevas fases cuánticas exóticas de muchos cuerpos, como el tablero de ajedrez y las fases de rayas, que pueden ser creadas por interacciones de largo alcance."Nuestro estudio abre la puerta para finalmente poder medir este tipo de fases", dice Simon Baier, quien ya está mirando hacia el futuro. "En principio, también deberíamos poder hacerlo en nuestros experimentos, pero necesitaremospara enfriar los átomos aún más de 70nK a aproximadamente 2nK ".
La investigación es apoyada por el Fondo de Ciencia de Austria FWF y el Consejo Europeo de Investigación ERC entre otros.
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Materiales proporcionados por Universidad de Innsbruck . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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