Logran realizar un experimento cuántico que simula una transición de fase en un imán

Científicos logran observar una inédita transición de fase en un imán unidimensional de ytterbium, utilizando un simulador cuántico único en su tipo.

Tras décadas de investigación, un equipo de científicos ha logrado observar una transición de fase en un imán unidimensional de ytterbium, un hallazgo que, hasta ahora, solo era posible en simuladores cuánticos. Utilizando campos electromagnéticos, los investigadores organizaron 23 iones del elemento ytterbium en una cadena lineal, creando un simulador cuántico que ha hecho posible este descubrimiento.

Según Alexander Schuckert, de la Universidad de Maryland, “una de las motivaciones para nuestro experimento es realmente tratar de entender la física fundamental. Estamos intentando comprender los estados básicos que la materia puede adoptar”. Este simulador no solo sirve para la computación cuántica, sino que también se ha utilizado para construir un imán unidimensional de ytterbium, añadiendo un átomo a la vez.

A pesar de que cálculos previos predijeron que este tipo de imán se desmagnetizaría al calentarse, ningún experimento anterior había logrado atravesar la transición de fase correspondiente. La dificultad radica en que los sistemas de computadoras cuánticas y simuladores funcionan mejor a temperaturas muy bajas, y calentarlos podría ocasionar mal funcionamiento, según Schuckert.

Para sortear este obstáculo, los investigadores ajustaron el estado cuántico inicial de los átomos, de manera que, a medida que avanzaba el tiempo, el estado colectivo del imán unidimensional cambiaba como si su temperatura hubiera aumentado. Este ingenioso enfoque permitió observar una transición de fase nunca antes vista, revelando comportamientos extremadamente exóticos en la cadena de átomos, que normalmente no deberían experimentar transiciones de fase.

Mohammad Maghrebi, de la Universidad Estatal de Michigan, aclara que “los investigadores solo pudieron diseñar esta transición porque lograron hacer que cada ion interactuara con otros lejanos, aunque no estuvieran en contacto”. Este fenómeno propulsó a toda la cadena hacia un comportamiento colectivo inusual.

El simulador cuántico no solo abre las puertas para el estudio de sistemas teóricos raros, sino que también podría ofrecer respuestas sobre comportamientos eléctricos o magnéticos extraños en ciertos materiales del mundo real. Schuckert destaca que, aunque los dispositivos actuales solo pueden simular temperaturas extremadamente frías, es posible que se logren simulaciones a mayores temperaturas en un plazo de cinco años.

Además, como sugiere Andrea Trombettoni, de la Universidad de Trieste en Italia, la ampliación de estos simuladores cuánticos, por ejemplo, organizando los iones en arreglos bidimensionales, podría permitir investigar una gama todavía más amplia de sistemas existentes y teóricos, lo que sugiere nuevas áreas fascinantes por explorar en el ámbito de la física.