Hacia el control del caos cuántico
Un estudio de la UPM demuestra cómo se puede controlar la localización dinámica en un sistema de átomos ultrafríos variando la forma de la modulación que controla la fuerza externa que se ejerce sobre ellos.
07.09.15
El estudio de los átomos fríos constituye uno de los temas más activos de la física actual. Este campo cobró especial interés en 1995, cuando diversos avances tecnológicos permitieron la obtención de los primeros condensados de Bose-Einstein, un exótico estado de la materia con propiedades sorprendentes cuya existencia fue ya predicha unos 50 años antes por Satyendra Nath Bose y Albert Einstein. De hecho, el Premio Nobel de Física de 2001 reconoció la importancia de aquellos trabajos.
El gran interés que despiertan los átomos fríos está motivado por al alto grado de control que se puede tener de ellos, lo que los hace excelentes candidatos para el diseño de futuros ordenadores cuánticos. De hecho, esa gran controlabilidad ha permitido ya obtener relojes atómicos con una precisión insospechada hace unos pocos años. Aunque existen diversas técnicas para realizar el control, un estudio que tiene como primer firmante a Fabio Revuelta, investigador del Grupo de Sistemas Complejos de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), ha demostrado que un sistema de átomos ultrafríos también se puede controlar por medio un nuevo parámetro: la forma de la onda de modulación.
El trabajo ha consistido fundamentalmente en caracterizar, tanto cualitativa como cuantitativamente, la influencia de la forma de onda de la modulación sobre la localización dinámica en un sistema de átomos ultrafríos, un fenómeno puramente cuántico que consiste en la supresión de la difusión clásica de partículas. Hasta ahora, se había estudiado únicamente el efecto de la amplitud de la modulación sobre la localización dinámica, debido a que hasta hace unos pocos años solo se empleaban modulaciones de tipo sinusoidal. Pero el desarrollo de nuevos láseres ha posibilitado modulaciones de formas mucho más genéricas, “lo que hacía necesaria también su caracterización”, explica Revuelta.
La dinámica clásica (paneles superiores), descrita por medio de superficies de sección de Poincaré, y la cuántica (paneles inferiores), descrita a través de superficies de sección cuánticas, de un sistema de átomos ultrafríos sometido a una perturbación temporal periódica de diversa forma (m=0, 0.717, 0.9999) tiene el mismo comportamiento.
El resultado del estudio —en el que también han participado Ricardo Chacón (Universidad de Extremadura - Instituto de Computación Científica Avanzada) y Florentino Borondo (Universidad Autónoma de Madrid e Instituto de Ciencias Matemáticas), publicado con el título “Towards AC-induced control of dynamical localization” en Europhysics Letters (EPL)— ha demostrado que la influencia de la forma de onda de la modulación sobre la localización dinámica de un sistema de átomos fríos se puede caracterizar por una única magnitud: el impulso transmitido entre dos ceros consecutivos de la modulación.
Los autores destacan dos aspectos sobre la relevancia de la investigación. “Por un lado, desde el punto de vista más fundamental, la estabilización que produce la localización dinámica en un sistema cuántico sometido a una modulación periódica hace que juegue un papel muy importante en el estudio de la correspondencia entre la mecánica clásica y la mecánica cuántica en sistemas clásicamente caóticos. Por otro, desde el punto de vista más aplicado, este trabajo abre la puerta hacia nuevos métodos de control de sistemas cuánticos, necesarios para el desarrollo de la computación cuántica en el futuro, muchísimo más potente que la actual tecnología de silicio”.
F. REVUELTA, R. CHACÓN; F. BORONDO. “Towards AC-induced control of dynamical localization”. Europhysics Letters (EPL), 110, 40007, doi:10.1209/0295-5075/110/40007.
Vídeo con resultados de la investigación en YouTube.