Investigadores de la Universidad de Lieja han desarrollado un método innovador que utiliza una combinación de geometría y control cuántico para generar rápidamente estados de superposición cuántica (es decir, estados NOON). Esta innovación reduce drásticamente el tiempo de preparación de minutos a milisegundos, abriendo la puerta a aplicaciones prácticas en computación cuántica y sensores de ultraprecisión.

La creación de superposiciones cuánticas de átomos ultrafríos ha sido durante mucho tiempo un gran desafío, y los métodos existentes han demostrado ser demasiado lentos para su uso práctico en el laboratorio. Investigadores de la Universidad de Lieja han desarrollado un nuevo método que combina la geometría con el "control cuántico" para acelerar significativamente este proceso y abrir la puerta a aplicaciones prácticas de la tecnología cuántica.

Imagínese empujando un carrito de compras lleno hasta el supermercado. El objetivo es llegar a la caja más rápido que los demás y no perder artículos en curvas cerradas. La clave del éxito es encontrar el camino más recto y suave y mantener la velocidad sin reducir la velocidad.

Esto es exactamente lo que logró Simon Dengis, investigador de doctorado de la Universidad de Lieja. No está en un supermercado, sino en el complejo ámbito de la física cuántica.


El estado MEDIODÍA es un estado cuántico de superposición en el que N partículas están en un estado "simultáneamente" y en otro estado "simultáneamente". Aquí, las partículas quedan atrapadas en dos pozos, dentro del pozo creado por el láser. Por tanto, el estado de superposición consiste en un estado en el que todas las partículas están en el pozo izquierdo y un estado en el que están atrapadas en el pozo derecho. Cuando las partículas están en el mismo lugar, interactúan y se "pegan", evitando que las partículas individuales abandonen la trampa. Fuente de la imagen: Universidad de Lieja / S. Dengis

Dungis colaboró ​​con el equipo de Física Cuántica Estadística (PQS) para desarrollar un protocolo para la generación rápida de estados del MEDIODÍA. "Estos estados parecen versiones en miniatura del famoso gato de Schrödinger: las superposiciones cuánticas", explica. "Son fundamentales para tecnologías como los sensores cuánticos ultraprecisos o los ordenadores cuánticos".

¿Cuáles son los principales desafíos? Crear estos estados suele llevar demasiado tiempo. Estamos hablando de decenas de minutos o más, lo que a menudo supera la duración del experimento. ¿Cuál es la razón? Los cuellos de botella energéticos, los “giros bruscos” en la evolución de un sistema, lo obligan a frenarse.


El control antidiabático compensa la inercia del sistema cambiándolo de alguna manera. En este ejemplo, para compensar el movimiento del agua provocado por el movimiento del camarero, éste puede inclinar la bandeja para contrarrestar la inercia del vaso, evitando que se vuelque. Fuente de la imagen: Universidad de Lieja / S.Dengis

Este es el trabajo revolucionario del equipo de la Universidad de Lieja. Allanaron con éxito el camino para los átomos combinando los dos poderosos conceptos de conducción antidiabática y trayectorias geodésicas óptimas. El resultado: el sistema puede evolucionar más rápidamente sin desviarse de la trayectoria ideal, como un conductor que anticipa una curva inclinando el palet.

"Esta estrategia ahorra mucho tiempo: en algunos casos, la velocidad de procesamiento puede ser 10.000 veces más rápida, manteniendo al mismo tiempo una fidelidad del 99%, es decir, un resultado casi perfecto", afirma Peter Schlagheck, director del laboratorio. Anteriormente, se necesitaban unos diez minutos para crear este estado, pero los investigadores lograron reducir significativamente el tiempo de espera... ¡a 0,1 segundos!

Con este avance, finalmente podremos producir el estado MEDIODÍA utilizando átomos ultrafríos. Esto abre perspectivas prometedoras para la metrología cuántica (mediciones ultrasensibles del tiempo, la rotación o la gravedad) y la tecnología de la información cuántica. En última instancia, estas herramientas podrían mejorar instrumentos como los giroscopios cuánticos o los detectores de gravedad en miniatura.


El protocolo propuesto (azul, GCD) puede aumentar el cuello de botella de energía (en comparación con el habitual protocolo rojo G) y, por lo tanto, requiere menos frenado al acercarse al cuello de botella. Esta imagen se puede entender en términos de carreras de motos: la motocicleta roja necesita frenar más que la azul porque las curvas son menos "suaves". Por tanto, la moto azul llegará a destino antes que el oponente. En este punto, los cambios en la energía del sistema (y por tanto en su estado) son menos bruscos, acelerando así todo el proceso significativamente. Fuente de la imagen: Universidad de Lieja/S.Dengis

Este estudio muestra cómo se pueden combinar la teoría y la experimentación para impulsar avances concretos en la física cuántica. Combinando conceptos matemáticos, física fundamental y viabilidad experimental, investigadores de la Universidad de Lieja han logrado avances que podrían transformar lo que alguna vez fue teoría en la tecnología del futuro.

La superposición cuántica se produce cuando un sistema cuántico (como un átomo, un electrón o un fotón) puede estar en varios estados al mismo tiempo sin ser observado. El ejemplo más utilizado para explicar este concepto es el del gato de Schrödinger: un gato encerrado en una caja. Según la mecánica cuántica, el gato está vivo y muerto hasta que se abre la caja. Esta combinación simultánea de dos estados se llama superposición.

Sólo abriendo la caja y observando podemos "forzar" a la naturaleza a elegir un estado: viva o muerta. El estado MEDIODÍA es un ejemplo de superposición cuántica: todos los átomos están en el pozo izquierdo y en el derecho al mismo tiempo. Sólo en el momento de la medición aparecen en uno de ellos.

Compilado de /scitechdaily