Investigadores del Duke Quantum Center y de la Universidad de Maryland han logrado la primera observación de una transición de fase de energía finita en una cadena unidimensional (1D) de átomos, utilizando un simulador cuántico. Este avance, publicado en Nature Physics, representa un enfoque prometedor para estudiar estados de energía finita en plataformas de simulación cuántica, abriendo nuevas posibilidades para investigar este fenómeno en sistemas 1D.
Un hito en la física cuántica
La investigación, liderada por el teórico Alexander Schuckert, se centró en comprender los estados fundamentales que puede adoptar la materia. Tradicionalmente, las transiciones de fase, como el paso del agua a hielo o el cambio de un imán magnetizado a desmagnetizado, no se observan en sistemas unidimensionales. Sin embargo, algunos físicos, basándose en teorías de renombrados científicos como Dyson y Thouless, han sugerido que bajo ciertas condiciones, estas transiciones podrían ocurrir en una sola dimensión.
El equipo utilizó un simulador cuántico de iones atrapados para simular un sistema compuesto por 23 iones de ytterbio dispuestos en una cadena 1D. Este dispositivo, desarrollado a lo largo de varios años bajo la dirección de Christopher Monroe en el Duke Quantum Center, permitió a los investigadores controlar las interacciones entre los iones mediante campos electromagnéticos, construyendo así un imán 1D de manera controlada.
Uno de los desafíos en los simuladores cuánticos es calentar el sistema de manera efectiva para observar una transición de fase en función de la temperatura. Schuckert ideó una nueva técnica experimental que, al permitir que los iones evolucionaran de forma natural, replicó los efectos de un aumento de temperatura, logrando así observar cómo el sistema pasaba de un estado magnetizado a uno desmagnetizado.
El éxito de este experimento destaca el potencial de los simuladores cuánticos como herramientas para explorar estados exóticos de la materia. Los métodos experimentales implementados podrían facilitar una mejor comprensión de materiales cuánticos complejos y contribuir al desarrollo de nuevas tecnologías cuánticas. Schuckert también mencionó que una posible dirección futura de esta investigación sería organizar iones en arreglos bidimensionales, lo que permitiría estudiar sistemas más complejos y descubrir nuevas fases de la materia.
En resumen, este avance en la simulación cuántica no solo representa un logro significativo en la física, sino que también promete ampliar las fronteras del conocimiento en un campo donde la curiosidad humana y la innovación tecnológica se entrelazan, reflejando la importancia de la colaboración académica en la búsqueda de respuestas a preguntas fundamentales sobre la naturaleza del universo.
