Las fuerzas entre partículas, átomos, moléculas o incluso objetos macroscópicos como los imanes están determinadas por las interacciones de la naturaleza. Por ejemplo, dos barras magnéticas situadas muy cerca se realinean bajo la influencia de fuerzas magnéticas. Un equipo dirigido por el Prof. Dr. MatthiasWeidemüller y el Dr. Gerhard Zürn del Centro de Dinámica Cuántica de la Universidad de Heidelberg han logrado ahora su objetivo de cambiar no solo la fuerza sino también la naturaleza de la interacción entre los imanes cuánticos microscópicos, conocidos como espines.desorden, los imanes especialmente preparados pueden mantener su orientación original durante un largo período. Con estos hallazgos, los físicos de Heidelberg han demostrado con éxito un control programable de las interacciones de espín en sistemas cuánticos aislados.
Los sistemas magnéticos pueden exhibir un comportamiento sorprendente cuando se preparan en una configuración inestable. Por ejemplo, restringir una colección de dipolos magnéticos desordenados espacialmente, como los imanes de barra, para que estén alineados en la misma dirección, conducirá a una reorientación posterior de laimanes. Esto finalmente da como resultado un equilibrio en el que todos los imanes están orientados aleatoriamente. Si bien la mayoría de las investigaciones solían limitarse a los dipolos magnéticos clásicos, recientemente ha sido posible expandir los enfoques de los imanes cuánticos utilizando lo que se llaman simuladores cuánticos.Los sistemas atómicos imitan la física fundamental de los fenómenos magnéticos en un entorno extremadamente bien controlado donde todos los parámetros relevantes se pueden ajustar casi a voluntad.
En sus experimentos de simulación cuántica, los investigadores utilizaron un gas de átomos que se enfrió a una temperatura cercana al cero absoluto. Usando luz láser, los átomos se excitaron a estados electrónicos extremadamente altos, separando el electrón a distancias casi macroscópicas del átomo.Estos "gigantes atómicos", también conocidos como átomos de Rydberg, interactúan entre sí a distancias de casi un cabello. "Un conjunto de átomos de Rydberg exhibe exactamente las mismas características que los imanes cuánticos desordenados que interactúan, lo que lo convierte en una plataforma ideal para simulary explorar el magnetismo cuántico ", afirma la Dra. Nithiwadee Thaicharoen, quien fue postdoctoral en el equipo de la Prof. Weidemüller en el Instituto de Física y ahora continúa su investigación como profesora en Tailandia.
El truco esencial de los físicos de Heidelberg fue dirigir la dinámica de los imanes cuánticos mediante la adopción de métodos del campo de la resonancia magnética nuclear. En sus experimentos, los investigadores aplican pulsos de microondas periódicos especialmente diseñados para modificar el espín atómico. Un gran desafíoera controlar con precisión la interacción entre los espines atómicos utilizando esta técnica, conocida como ingeniería de Floquet. "Los pulsos de microondas tenían que aplicarse a los átomos de Rydberg en escalas de tiempo de una mil millonésima de segundo, siendo estos átomos supersensibles al mismo tiempo.tiempo a cualquier perturbación externa, por pequeña que sea, como campos eléctricos diminutos ", dice el Dr. Clément Hainaut, un postdoctorado en el equipo que recientemente se mudó a la Universidad de Lille Francia." No obstante, logramos detener la reorientación aparentemente inevitable del giro y manteneruna magnetización macroscópica a través de nuestro protocolo de control ", explica el estudiante de doctorado Sebastian Geier." Utilizando nuestro enfoque de ingeniería Floquet,Ahora debería ser posible invertir la línea de tiempo de manera que el sistema de espín invierta su evolución después de haber pasado por una dinámica muy compleja.Sería como un cristal roto que se vuelve a montar mágicamente después de estrellarse contra el suelo ".
Los estudios son un paso importante hacia una mejor comprensión de los procesos básicos en sistemas cuánticos complejos ". Después de la primera y segunda revolución cuántica, que llevaron a la comprensión de los sistemas y al control preciso de objetos individuales, estamos seguros de que nuestroLa técnica de ajustar dinámicamente las interacciones de una manera programable abre un camino hacia Quantum Technologies 3.0 ", concluye Matthias Weidemüller, profesor del Instituto de Física y Director del Centro de Dinámica Cuántica de la Universidad de Heidelberg.
Los experimentos se llevaron a cabo en el marco del Cluster de Excelencia de ESTRUCTURAS y el Centro de Investigación Colaborativa de "Sistemas cuánticos aislados y universalidad en condiciones extremas" ISOQUANT de la Universidad de Heidelberg. Las actividades también son parte de PASQuans, el "Programmable Atomic Large-Colaboración de "Scale Quantum Simulation", dentro del buque insignia europeo de tecnologías cuánticas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Heidelberg . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Los exoplanetas rocosos son incluso más extraños de lo que pensábamos
Los astrónomos pueden haber descubierto un planeta fuera de nuestra galaxia
El uso de herramientas mecánicas mejora nuestras habilidades lingüísticas, resultados del estudio
Fabricación de combustible para aviones a partir de la luz solar y el aire
Secretos de la telaraña de las arañas revelados
Asegurar transferencias de datos con relatividad