El esquivo cambio de fase finalmente detectado en un simulador cuántico

Después de décadas de investigación, los investigadores han visto una cadena de átomos pasar por un cambio de fase 1D tan esquivo que sólo podría ocurrir dentro de un simulador cuántico.

“Una motivación [for our experiment] Realmente está tratando de comprender la física fundamental. Estamos tratando de comprender sólo los estados básicos en los que puede encontrarse la materia”, dice Alejandro Schuckert en la Universidad de Maryland.

Él y sus colegas utilizaron campos electromagnéticos para organizar 23 iones del elemento iterbio en una línea, formando una cadena casi unidimensional. Este dispositivo se puede utilizar para computación cuántica, pero en este caso, los investigadores utilizaron la cadena como simulador.

Dentro de él, construyeron un imán de iterbio 1D, un átomo a la vez. Cálculos anteriores predijeron que este tipo de imán quedaría desmagnetizado cuando se calentara, gracias a efectos cuánticos. Pero ningún experimento anterior había logrado esto. transición de fase.

Una razón de la dificultad es que sistemas como las computadoras cuánticas y los simuladores normalmente sólo funcionan bien cuando están muy fríos. Por lo tanto, calentarlos para que se produzca la transición de fase puede provocar fallos de funcionamiento, afirma Schuckert.

Para evitar esto, él y sus colegas ajustaron el estado cuántico inicial de los átomos de modo que, a medida que pasaba el tiempo, el estado colectivo del imán 1D cambiaba como si su temperatura hubiera aumentado. Esto reveló la transición de fase nunca antes vista.

El logro es muy exótico porque las cadenas de átomos generalmente no deberían sufrir transiciones de fase, afirma Mohamed Magrebí en la Universidad Estatal de Michigan. Los investigadores sólo pudieron diseñarlo porque podían hacer que cada ion interactuara con otros que estaban lejos de él, aunque no se estuvieran tocando. Esto empujó a toda la línea a un comportamiento colectivo inusual.

Debido a que su simulador hace posibles estados tan exóticos de la materia, podría usarse para estudiar sistemas teóricos que pueden ser muy raros (o incluso no existir) en la naturaleza, dice Maghrebi.

Schuckert sugiere que los simuladores cuánticos también podrían ayudar a explicar los extraños comportamientos eléctricos o magnéticos que muestran algunos materiales. en el mundo real. Pero para lograrlo, estos dispositivos deben poder alcanzar temperaturas más altas que las actuales. Actualmente sólo pueden modelar temperaturas extremadamente frías, pero dice que es posible que dentro de cinco años sean posibles simulaciones de temperaturas más altas.

Y se podrían estudiar aún más sistemas existentes y teóricos si los simuladores pudieran hacerse más grandes, por ejemplo disponiendo los iones en matrices bidimensionalesdice Andrea Trombettoni en la Universidad de Trieste en Italia. “Esto sugerirá nueva física para explorar”, afirma.