Un nuevo estudio revela que los electrones, que poseen propiedades magnéticas y pueden almacenar información, pueden ser protegidos de la decoherencia, es decir, de la pérdida de su estado cuántico, de manera más efectiva de lo que se pensaba anteriormente. Este avance se logra simplemente aplicando campos magnéticos bajos, lo que abre nuevas posibilidades para el desarrollo de dispositivos cuánticos más estables y precisos.
Tradicionalmente, los giros de electrones tienden a perder la coherencia rápidamente al interactuar con otras partículas o al absorber ciertos tipos de luz. Esto limita su aplicación en tecnologías como los sensores cuánticos o los relojes atómicos. Sin embargo, los investigadores han descubierto que incluso las interacciones que normalmente relajan o interrumpen el giro pueden ser significativamente suprimidas mediante el uso de campos magnéticos débiles.
Un avance en la comprensión de los sistemas cuánticos
Este estudio, realizado por un equipo de la Universidad Hebrea de Jerusalén y la Universidad de Cornell, presenta un método poderoso para suprimir dramáticamente la decoherencia del giro en gases de metales alcalinos, lo que podría revolucionar la tecnología de sensores cuánticos y de información. Publicados en la revista Physical Review Letters, los hallazgos muestran una reducción en las tasas de relajación del giro de hasta un orden de magnitud en presencia de campos magnéticos bajos.
El estudio fue dirigido por Mark Dikopoltsev y Avraham Berrebi, bajo la supervisión del profesor Uriel Levy, del Instituto de Física Aplicada y Nano Centro de la Universidad Hebrea, y del profesor Or Katz de la Universidad de Cornell. La investigación se centró en la decoherencia de giros de cesio caliente, que son especialmente afectados por interacciones de rotación del giro durante colisiones con moléculas de nitrógeno y mediante la absorción de luz casi resonante.
El equipo demostró que los efectos de decoherencia pueden ser dramáticamente suprimidos al aplicar campos magnéticos bajos, logrando así una reducción sin precedentes en las tasas de relajación del giro. Esta supresión va más allá de los regímenes previamente conocidos, como el de relajación libre de intercambio de giro (SERF), mostrando que los campos magnéticos pueden controlar los mecanismos que relajan los giros de electrones, y no solo conservarlos.
Según Dikopoltsev, «nuestros resultados muestran que los campos magnéticos bajos no solo son útiles para evitar la decoherencia de interacciones aleatorias que conservan el giro, sino que pueden suprimir activamente procesos de relajación más dañinos, proporcionándonos una herramienta poderosa para preservar la coherencia del giro». Este descubrimiento no solo mejora la comprensión fundamental de la dinámica del giro, sino que también proporciona nuevas estrategias para controlar estados cuánticos en vapores atómicos calientes.
Estos avances sientan las bases para futuras innovaciones en relojes atómicos, memoria cuántica, magnetometría y otras tecnologías donde los largos tiempos de coherencia del giro son fundamentales. La investigación en este campo es crucial, no solo para el desarrollo científico, sino también para mantener la competitividad en la carrera tecnológica global, donde la innovación y la precisión son esenciales.
Más información:
Mark Dikopoltsev et al, Suppressing the Decoherence of Alkali-Metal Spins at Low Magnetic Fields, Physical Review Letters (2025).
