Manipulación de átomos para un mundo macroscópico mejor
Al superponer dos haces láser se forma una retícula óptica. El patrón espacial específico que resulta permite atrapar átomos neutros que se enfrían y se vinculan en posiciones semejantes a las de una red cristalina. Estos átomos se pueden poner en movimiento mediante el llamado efecto túnel cuántico, por el cual una partícula es capaz de atravesar por efecto túnel un obstáculo que desde el punto de vista clásico no podría superar. Los átomos ultrafríos en retículas ópticas representan un campo de pruebas ideal para plasmar modelos de materia condensada. Un ejemplo de ello es la superconductividad de alta temperatura, que se observa en materiales con temperaturas de transición (Tc) superiores a los -243,2 grados centígrados. En la investigación realizada en esta área durante los últimos años, los gases cuánticos ultrafríos han evolucionado hasta convertirse en una herramienta para la física del estado sólido de muchos cuerpos y la física cuántica. El uso de haces láser permite controlar numerosos parámetros relevantes (como la profundidad y el espaciado) de la retícula. La posibilidad de detectar y manipular átomos individuales en los lugares que ocupan en la retícula ofrece posibilidades para concebir toda una nueva generación de experimentos en los campos de la información cuántica y de la simulación. El proyecto Addressing («Gases cuánticos ultrafríos en retículas ópticas con direccionamiento de ubicaciones individuales»), propuso emplear un sistema de lentes diseñado especialmente para observar y manipular la densidad, la estructura del espín y las correlaciones a escala de la estructura de un solo punto de la retícula. Dentro de este proyecto, financiado por la Unión Europea, se diseñó e implementó un nuevo montaje experimental capaz de resolver y localizar ubicaciones específicas en una retícula. En primer lugar, los investigadores se centraron en el montaje y las pruebas de la estructura de vacío, dando lugar a muestras atómicas ultrafrías y desarrollando y probando un sistema de captación de imágenes de alta resolución construido a medida. Este último hizo posible alcanzar un hito de la máxima importancia a medio camino entre los átomos a baja temperatura y la materia condensada, esto es, la captación de imágenes con resolución de átomos aislados de un sistema cuántico de múltiples cuerpos fuertemente correlacionados. Esto se logró mediante la captación de imágenes de retículas ópticas en el llamado estado aislante de Mott, en el cual los átomos, gracias a la repulsión mecanicocuántica que actúa sobre ellos, se ordenan en estados con números de ocupación bien definidos. Las imágenes resultantes mostraron claramente cada átomo individual, lo cual permitió, por primera vez, observar los defectos individuales que se forman como resultado de la temperatura finita de la muestra. La capacidad de determinar con precisión la temperatura en retículas ópticas es esencial para avanzar en otras fases cuánticas de gran importancia pero difíciles de observar. Este desarrollo abre el camino hacia la manipulación del estado de los átomos individuales en una retícula óptica, y podría proporcionar la base para una arquitectura de computación cuántica con hasta cientos de qubits (unidades de información cuántica) direccionables de forma individual. Los resultados en cuanto a direccionamiento ofrecen numerosas posibilidades para el estudio de los fenómenos de equilibrio con el fin de observar la evolución de los sistemas.