Un grupo de científicos dirigido por Johannes Fink del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (IST Austria) informó la primera observación experimental de una transición de fase de primer orden en un sistema cuántico disipativo. Las transiciones de fase incluyen fenómenos como la congelación del agua a la temperatura crítica de 0 grados Celsius. Sin embargo, Las transiciones de fase también ocurren en el nivel mecánico cuántico, donde todavía están relativamente inexplorados por los investigadores.

Un ejemplo de una transición de fase a nivel cuántico es la ruptura del bloqueo de fotones, que solo se descubrió hace dos años. Durante el bloqueo de fotones, un fotón llena una cavidad en un sistema óptico y evita que otros fotones entren en la misma cavidad hasta que se vaya, bloqueando así el flujo de fotones. Pero si el flujo de fotones aumenta a un nivel crítico, Se predice una transición de fase cuántica:el bloqueo de fotones se rompe, y el estado del sistema cambia de opaco a transparente. Esta transición de fase específica ahora ha sido observada experimentalmente por investigadores que, por primera vez, cumplió las condiciones muy específicas necesarias para estudiar este efecto.

Durante una transición de fase, la sintonización continua de un parámetro externo, por ejemplo temperatura, conduce a una transición entre dos estados estacionarios robustos con diferentes atributos. Las transiciones de fase de primer orden se caracterizan por una coexistencia de las dos fases estables cuando el parámetro de control está dentro de un cierto rango cercano al valor crítico. Las dos fases forman una fase mixta en la que algunas partes han completado la transición y otras no. como en un vaso que contiene agua helada. Los resultados experimentales que Fink y sus colaboradores publicarán en la revista Revisión física X dar una idea de la base mecánica cuántica de este efecto en un microscópico, sistema de dimensión cero.

Su configuración consistía en un microchip con un resonador de microondas superconductor que actuaba como cavidad y unos cuantos qubits superconductores que actuaban como átomos. El chip se enfrió a una temperatura asombrosamente cercana al cero absoluto (0,01 Kelvin) de modo que las fluctuaciones térmicas no influyeron. Para producir un flujo de fotones, Luego, los investigadores enviaron un tono continuo de microondas a la entrada del resonador en el chip. En el lado de salida, amplificaron y midieron el flujo de microondas transmitido. Para ciertas potencias de entrada, detectaron una señal que cambiaba estocásticamente entre transmisión cero y transmisión completa, demostrando que se había producido la esperada coexistencia de ambas fases. "Hemos observado este cambio aleatorio entre opaco y transparente por primera vez y de acuerdo con las predicciones teóricas, "dice el autor principal Johannes Fink de IST Austria.

Las posibles aplicaciones futuras incluyen elementos de almacenamiento de memoria y procesadores para simulación cuántica. “Nuestro experimento tardó exactamente 1,6 milisegundos en completarse para cualquier potencia de entrada dada. La simulación numérica correspondiente tomó un par de días en un grupo de supercomputadoras nacional. Esto da una idea de por qué estos sistemas podrían ser útiles para simulaciones cuánticas, "Fink explica.

Johannes Fink llegó a IST Austria en 2016 para iniciar su grupo de trabajo sobre dispositivos integrados cuánticos. El principal objetivo de su grupo es avanzar e integrar la tecnología cuántica para la computación basada en chips, comunicación, y sintiendo.