Vórtices en gases atómicos resuelven los fenómenos básicos de computación cuántica

Los fenómenos cuánticos a temperaturas extremadamente bajas son muy estudiados tanto teórica como experimentalmente, en la física contemporánea. Átomos alcalinos enfriados cerca del cero absoluto formaron el primer  condensado de Bose-Einstein en 1995. Seis años más tarde, el logro fue galardonado con el Premio Nobel de Física.

Pekko Kuopanportti ha estudiado las estructuras de vórtices que aparecen en condensados de Bose-Einstein en su tesis doctoral en el Departamento de Applied Physics  en Aalto University . Las propiedades y el comportamiento de estos vórtices no son del todo conocidos.

“Los vórtices se cuantifican en remolinos en la corriente de gases extremadamente diluidos de átomos alcalinos. Aunque los métodos de investigación son computacionales y analíticos, todas los resultados son también experimentalmente factibles”.

Los gases atómicos  que Kuopanportti ha explorado son 100 000 veces más delgadas que el aire. Para lograr el condensado, de los átomos alcalinos primero se realizó evaporación del metal sólido para formar un gas, después se enfrió a cerca del cero absoluto y fue capturado en una trampa magneto-óptica en la que se puede controlar.

Kuopanportti ha analizado computacionalmente  varios fenómenos nuevos de vórtices y teóricamente ha verificado anteriores resultados experimentales. “En condensados de Bose-Einstein todas las partículas de un sistema ocupan el mismo estado cuántico. Forman una superátomo colectivo de una clase, que el estudio de los fenómenos mecánico- cuánticos básicos en una escala de tamaño casi observable a simple vista”.

Vórtices gigantes inexplorados revelan las perspectivas de los gases cuánticos

El condensado se pueden describir con una función de onda compleja, como si fuera una sola partícula cuántica. La función tiene una fase compleja cuyos devanados representan los vórtices que aparecen en el flujo de los átomos de condensado. “El gas circula alrededor del vórtice en la misma forma que los flujos de agua en un fregadero por el desagüe. Vórtices estables cuantizados demuestran que los condesados de Bose-Einstein son superfluidos realmente sin fricción. Por ejemplo, si uno intenta girar un condensado, una red regular de vórtices cuantizados emerge, como el superfluido trata de imitar un fluido ordinario “.

Aumentando el número de devanados de fase alrededor de un vórtice en vórtice gigante o multiplemente cuantizado. Kuopanportti dice que ya en 2007 sus colegas en el Departamento de Física Aplicada, propusieron una bomba de vórtice, un método experimental para crear vórtices gigantes en condensados magnéticamente atrapados. La bomba podría ayudar a descubrir qué tan grande los vórtices gigantes pueden llegar antes de que sean demasiado inestables y de corta duración que se estudiará en absoluto. Kuopanportti ha analizado las propiedades de los vórtices gigantes y los límites prácticos de la bomba de vórtice.

“Vórtices gigantes tienden a dividirse en un solo vórtice cuántico, se ha analizado la forma en que se rompen, y qué mecanismos conducen a la división Hasta ahora solo vórtices con números cuánticos por debajo de 10 se han estudiado;  sistemáticamente se procedió hasta 100″. “Ahora que se han explorado teóricamente las propiedades de los vórtices gigantes,  no llevará tiempo a los grupos experimentales para realizar mi trabajo contribuyedon también al desarrollo futuro de la bomba de vórtice:. El comportamiento de los vórtices gigantes ahora se puede predecir y su distribución controlada”.

¿Condensados como dispositivos de memoria para ordenadores cuánticos?

Kuopanportti trabaja en el Centro de Aalto. Su grupo de Computación Cuántica y dispositivos también estudia los requisitos previos para la computación cuántica. Este año el Premio Nobel de Física fue otorgado recientemente a la investigación experimental promoviendo la creación de ordenadores cuánticos. Kuopanportti reflexiona sobre el uso de  condensados de Bose-Einstein en la computación cuántica. “Podrían ser utilizados como el dispositivo de memoria de los ordenadores cuánticos. Los condensados viven  por minutos, significativamente más  tiempo que fotón basados en bits cuánticos que tienen un tiempo de vida de microsegundos. Los condensados podría funcionar como un depósito de almacenamiento y recuperación de información cuántica. Sin embargo, investigación experimental en el campo está todavía en su infancia “.

Fuente: PHYSORG