Imagen de las moléculas reunidas con éxito en un condensado de Bose-Einstein, en un mismo estado cuántico
Imagen de las moléculas reunidas con éxito en un condensado de Bose-Einstein, en un mismo estado cuántico. Crédito: Chin Lab.

Los investigadores tienen grandes ideas sobre el potencial de la tecnología cuántica, desde redes imposibles de piratear hasta sensores de terremotos. Pero todas estas cosas dependen de una gran hazaña tecnológica: poder construir y controlar sistemas de partículas cuánticas, que se encuentran entre los objetos más pequeños del universo.

Ese objetivo está ahora un paso más cerca con la publicación de un nuevo método por científicos de la Universidad de Chicago. Publicado hoy en Nature, el artículo muestra cómo llevar varias moléculas a la vez a un solo estado cuántico, uno de los objetivos más importantes de la física cuántica.

La gente ha estado tratando de hacer esto durante décadas, así que estamos muy emocionados“, comenta el autor principal Cheng Chin, profesor de física en UChicago, quien asegura que deseaba lograr este objetivo desde que era un estudiante de posgrado en la década de 1990. “Espero que esto pueda abrir nuevos campos en la química cuántica de muchos cuerpos. Hay evidencia de que hay muchos descubrimientos esperando ahí“.

Un conjunto de moléculas prácticamente idénticas, alineadas con exactamente la misma orientación, la misma frecuencia vibratoria, en el mismo estado cuántico

Uno de los estados esenciales de la materia se llama condensado de Bose-Einstein: cuando un grupo de partículas enfriadas hasta casi el cero absoluto comparten un estado cuántico, todo el grupo comienza a comportarse como si fuera un solo átomo. Es parecido a persuadir a toda una banda para que marche completamente al mismo paso mientras toca en sintonía; es difícil de lograr, pero cuando sucede, se puede abrir un mundo completamente nuevo de posibilidades.

Los científicos han podido hacer esto con átomos durante algunas décadas, pero lo que realmente les gustaría hacer es poder hacerlo con moléculas. Tal avance podría servir como base para muchas formas de tecnología cuántica.

Pero debido a que las moléculas son más grandes que los átomos y tienen muchas más partes móviles, la mayoría de los intentos de aprovecharlas se han disuelto en el caos. “Los átomos son objetos esféricos simples, mientras que las moléculas pueden vibrar, rotar, transportar pequeños imanes“, dijo Chin. “Debido a que las moléculas pueden hacer tantas cosas diferentes, las hace más útiles y, al mismo tiempo, mucho más difíciles de controlar“.

El grupo de Chin quería aprovechar algunas capacidades nuevas en el laboratorio que están disponibles desde hace poco. El año pasado, comenzaron a experimentar con la adición de dos condiciones.

El equipo de investigadores ha unido unos pocos miles de moléculas juntas

La primera fue enfriar todo el sistema aún más, hasta 10 nanokelvins, apenas por encima del cero absoluto. Luego, colocaron las moléculas en un espacio de arrastre para que queden planas. “Por lo general, las moléculas quieren moverse en todas las direcciones y, si se lo permite, son mucho menos estables“, afirma Chin. “Confinamos las moléculas para que estén en una superficie 2D y solo puedan moverse en dos direcciones“.

El resultado fue un conjunto de moléculas prácticamente idénticas, alineadas con exactamente la misma orientación, la misma frecuencia vibratoria, en el mismo estado cuántico.

Los científicos describieron este condensado molecular como una hoja prístina de nuevo papel de dibujo para ingeniería cuántica. “Es el punto de partida ideal absoluto“, asegura Chin. “Por ejemplo, si se desea construir sistemas cuánticos para contener información, se necesita una pizarra limpia para escribir antes de poder formatear y almacenar esa información“.

Hasta ahora, han podido unir hasta unos pocos miles de moléculas juntas en tal estado y están comenzando a explorar su potencial.

En la forma tradicional de pensar en la química, uno piensa en algunos átomos y moléculas que chocan y forman una nueva molécula“, insiste Chin. “Pero en el régimen cuántico, todas las moléculas actúan juntas, en un comportamiento colectivo. Esto abre una forma completamente nueva de explorar cómo las moléculas pueden reaccionar juntas para convertirse en un nuevo tipo de molécula”.

Este ha sido uno de mis objetivos desde que era estudiante“, agregó, “así que estamos muy, muy contentos con este resultado“.

Fuente: Nature.

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