Una esfera de vidrio a nanoescala que evoluciona a un potencial creado a través de fuerzas electrostáticas o magnéticas entra en un estado de superposición cuántica macroscópica. Crédito: Helene Hainzer
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Una esfera de vidrio a nanoescala que evoluciona a un potencial creado a través de fuerzas electrostáticas o magnéticas entra en un estado de superposición cuántica macroscópica. Crédito: Helene Hainzer
Ser rápido, evitar la luz y bajar rodando por una rampa curva: esta es la receta de un experimento pionero propuesto por físicos teóricos en un artículo reciente publicado en Cartas de revisión física. Se espera que un objeto que evoluciona a un potencial creado a través de fuerzas electrostáticas o magnéticas genere de manera rápida y confiable un estado de superposición cuántica macroscópica.
La frontera entre la realidad cotidiana y el mundo cuántico sigue sin estar clara. Cuanto más masivo es un objeto, más localizado se vuelve cuando se vuelve cuántico enfriando su movimiento al cero absoluto.
Investigadores, dirigidos por Oriol Romero-Isart del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI) de la Academia Austriaca de Ciencias (ÖAW) y el Departamento de Física Teórica de la Universidad de Innsbruck, proponen un experimento en el que una nanopartícula levita ópticamente , enfriado en su estado fundamental, evoluciona hacia un potencial no óptico («oscuro») creado por fuerzas electrostáticas o magnéticas. Se espera que esta evolución en el potencial oscuro genere de forma rápida y fiable un estado de superposición cuántica macroscópica.
La luz láser puede enfriar una esfera de vidrio de tamaño nanométrico hasta su estado fundamental móvil. Si se las deja solas, bombardeadas por moléculas de aire y dispersando la luz entrante, estas esferas de vidrio se calientan rápidamente y abandonan el régimen cuántico, lo que limita el control cuántico. Para evitarlo, los investigadores proponen dejar que la esfera evolucione en la oscuridad, con la luz apagada, guiada únicamente por fuerzas electrostáticas o magnéticas no uniformes. Esta evolución no sólo es lo suficientemente rápida como para evitar el calentamiento por moléculas de gas perdidas, sino que también elimina la localización extrema e imprime características cuánticas inequívocas.
El reciente artículo en Cartas de revisión física También se analiza cómo esta propuesta supera los desafíos prácticos de este tipo de experimentos. Estos desafíos incluyen la necesidad de realizar experimentos rápidos, el uso mínimo de luz láser para evitar la decoherencia y la capacidad de repetir rápidamente experimentos con la misma partícula. Estas consideraciones son cruciales para mitigar el impacto del ruido de baja frecuencia y otros errores sistemáticos.
Esta propuesta se discutió ampliamente con socios experimentales en Q-Xtreme, un proyecto ERC Synergy Grant. «El método propuesto está en línea con los desarrollos actuales en sus laboratorios y pronto podrán probar nuestro protocolo con partículas térmicas en el régimen clásico, lo que será muy útil para medir y minimizar las fuentes de ruido cuando los láseres estén apagados», dice El equipo Teoría de Oriol Romero-Isart.
«Creemos que, aunque el experimento cuántico final será inevitablemente un desafío, debería ser factible ya que cumple con todos los criterios necesarios para preparar estos estados macroscópicos de superposición cuántica».
Mas informaciones:
M. Roda-Llordes et al, Superposiciones cuánticas macroscópicas mediante dinámica en un amplio potencial de doble pozo, Cartas de revisión física (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.023601
