Científicos logran controlar fenómenos cuánticos a temperatura ambiente con un nuevo avance tecnológico

Un innovador logro ha sido alcanzado por investigadores del EPFL (Escuela Politécnica Federal de Lausana), quienes han combinado la física cuántica y la ingeniería mecánica para controlar fenómenos cuánticos a temperatura ambiente, marcando un hito significativo en el campo de la mecánica cuántica.

El desafío de la temperatura ambiente

El desafío de observar y controlar fenómenos cuánticos a temperatura ambiente, especialmente a gran escala o "macroscópica", ha sido una tarea ardua en la física cuántica durante mucho tiempo. Tradicionalmente, estas observaciones se han restringido a entornos cercanos al cero absoluto, debido a que los efectos cuánticos son más fáciles de detectar en estas condiciones. No obstante, el requisito de frío extremo ha limitado las aplicaciones prácticas de las tecnologías cuánticas.

Importancia del avance

El profesor Tobias J. Kippenberg, del Instituto de Física de la Materia Condensada en el EPFL, destacó la importancia de este avance al afirmar que su trabajo ha hecho realidad de manera efectiva el microscopio de Heisenberg. Este logro desafía la noción previa de que este microscopio solo era un modelo teórico.

La configuración experimental

La configuración experimental desarrollada por los investigadores consiste en un sistema optomecánico de ruido ultrabajo, donde la luz y el movimiento mecánico se interconectan, permitiéndoles estudiar y manipular con alta precisión cómo la luz influye en los objetos en movimiento.

Abordando el desafío del ruido térmico

El principal obstáculo para este avance a temperatura ambiente ha sido el ruido térmico, el cual perturba la delicada dinámica cuántica. Para abordar este desafío, los científicos utilizaron espejos de cavidad, que son espejos especializados capaces de hacer rebotar la luz hacia adelante y hacia atrás dentro de un espacio confinado (la cavidad). Esta acción "atrapa" efectivamente la luz y mejora su interacción con los elementos mecánicos del sistema. Además, para reducir el ruido térmico, los espejos fueron modelados con estructuras periódicas similares a cristales ("cristales fonónicos").

El componente crucial

Un componente crucial de este sistema fue un dispositivo similar a un tambor de 4 mm, llamado oscilador mecánico, el cual interactúa con la luz dentro de la cavidad. Su tamaño y diseño relativamente grandes son fundamentales para aislarlo del ruido ambiental, permitiendo la detección de fenómenos cuánticos sutiles a temperatura ambiente.

Compresión óptica a temperatura ambiente

Los investigadores lograron la "compresión óptica", un fenómeno cuántico en el que ciertas propiedades de la luz, como su intensidad o fase, se manipulan para reducir las fluctuaciones en una variable a expensas de aumentar las fluctuaciones en la otra, de acuerdo con el principio de Heisenberg. Al demostrar la compresión óptica a temperatura ambiente en su sistema, los investigadores demostraron que podían controlar y observar eficazmente los fenómenos cuánticos en un sistema macroscópico sin la necesidad de temperaturas extremadamente bajas.

Implicaciones del logro

Este logro representa un avance significativo en el acceso a los sistemas optomecánicos cuánticos, que son fundamentales para la medición cuántica y la mecánica cuántica a escalas macroscópicas. Los investigadores también vislumbran la posibilidad de facilitar nuevos sistemas cuánticos híbridos, donde el tambor mecánico interactúa fuertemente con diferentes objetos, como nubes de átomos atrapados, lo cual sería útil para la información cuántica y la comprensión de la creación de estados cuánticos complejos.