Un grupo de investigadores de Rusia, Alemania e Irán han desarrollado métodos computacionales hacia una teoría que describe el comportamiento de átomos e iones fríos en trampas ópticas y electromagnéticas. Dichos métodos podrían permitir el modelado con sistemas cuánticos completamente controlados de procesos complejos en física del estado sólido y física de altas energías. Otras posibles aplicaciones incluyen el diseño de elementos de una computadora cuántica y un reloj atómico ultrapreciso basado en átomos e iones ultrafríos atrapados. Los resultados han sido publicados en Revisión física E .

A temperaturas ultrabajas, los átomos se mueven a muy baja velocidad, lo que permite a los investigadores realizar experimentos de alta precisión. Sin embargo, interpretar y planificar los experimentos, Se requieren cálculos teóricos. El Dr. Vladimir Melezhik de la Universidad RUDN se dedica a cálculos de fenómenos resonantes y procesos de colisión en gases cuánticos ultrafríos. El gas cuántico se retiene a temperaturas ultrabajas en una trampa óptica formada por rayos láser especialmente ajustados. La técnica experimental permite controlar y ajustar los parámetros de tales sistemas cuánticos:el número de partículas, su composición de giro, temperatura, y la interacción efectiva entre átomos. Sin embargo, La descripción cuantitativa de los procesos se complica significativamente por el hecho de que en tales sistemas, los átomos interactúan no solo entre sí, pero también con la trampa.

Vladimir Melezhik y sus coautores se centran en las trampas atómicas y de iones, que tienen la forma de cigarros muy alargados y son similares a las guías de ondas utilizadas para la transmisión de ondas electromagnéticas. Los investigadores han estado estudiando la propagación de la radiación electromagnética en guías de ondas durante mucho tiempo, y han desarrollado métodos efectivos de cálculo. Sin embargo, una teoría cuantitativa que podría describir procesos ultrafríos en guías de ondas atómicas y de iones aún está en desarrollo.

"La trampa añade complejidad al problema. En el espacio libre, no hay direcciones preferidas. Esta circunstancia hace posible reducir el problema cuántico de dos cuerpos de seis dimensiones de dos átomos en colisión a uno unidimensional. Este es el problema clave de la mecánica cuántica, descrito en los libros de texto. Sin embargo, en la trampa atómica, debido a la aparición de una dirección preferida, se viola la simetría, lo que imposibilita reducir el problema a un problema unidimensional. En ciertos casos, el problema se puede reducir a la ecuación bidimensional de Schrödinger. Sin embargo, en los casos más interesantes se hace necesario integrar la ecuación de Schrödinger en dimensiones superiores. Para resolver esta clase de problemas, es necesario desarrollar métodos computacionales especiales y utilizar potentes ordenadores. Logramos hacer un progreso significativo en este pase, "dijo el autor Vladimir Melezhik.

Al cambiar los parámetros de la trampa, los investigadores pueden controlar la intensidad de las interacciones interatómicas efectivas, de una atracción superfuerte a una repulsión superfuerte de átomos. Esto hace posible simular varios fenómenos cuánticos críticos utilizando átomos atrapados en ultrafrío.

"Una de las áreas de nuestro trabajo es un estudio numérico de sistemas cuánticos ultrafríos utilizando trampas híbridas de iones atómicos, ofreciendo nuevas posibilidades para modelar algunos procesos reales de la física del estado sólido, elementos de la investigación de la computación cuántica y la física de precisión, "concluyó el científico.