Para la mayoría de las experiencias cotidianas, como andar en bicicleta, usar un elevador o atrapar una pelota, La mecánica clásica (newtoniana) es perfectamente precisa.

Sin embargo, a escalas atómicas y subatómicas La naturaleza es descrita por la mecánica cuántica, formulada hace unos 100 años y caracterizada por el físico teórico Richard Feynman cuando dijo:"Creo que puedo decir con seguridad que nadie comprende la mecánica cuántica".

Incluso hoy en día, comprender la dinámica de los sistemas de mecánica cuántica compuestos por un gran número de partículas que interactúan sigue siendo uno de los problemas más difíciles de la física.

Para abordar este desafío, una colaboración de investigación interdisciplinaria de teóricos de la información cuántica del Departamento de Física de la Universidad de Swansea ha desarrollado un nuevo protocolo de simulación cuántica.

En su estudio de teoría, publicado en Revisión física X , El profesor de física de alta energía Gert Aarts, junto con el Dr. Markus Müller y Alejandro Bermudez, proponen utilizar átomos fríos como sensores cuánticos controlables para acceder experimentalmente a propiedades clave de las teorías de campos cuánticos en interacción. Los resultados podrían dilucidar difícil, preguntas abiertas en materia condensada y física de altas energías.

La teoría cuántica de campos proporciona un lenguaje unificador que describe una amplia variedad de sistemas en la naturaleza en muchas escalas de energía. que van desde átomos ultrafríos en el laboratorio hasta las partículas más energéticas en el Gran Colisionador de Hadrones.

Alejandro Bermúdez dijo:"Una piedra angular de la teoría cuántica de campos es la denominada generación funcional, de la cual se pueden derivar todas las correlaciones entre partículas ". El profesor Aarts agregó:" Por lo general, esto se considera como una herramienta matemática que comprime cuidadosamente toda la información relevante sobre la teoría cuántica de campos en una sola, algo abstracto, cantidad."

En este trabajo, el equipo muestra cómo la función generadora se puede medir en el laboratorio, utilizando cadenas de iones atrapados enfriados por láser.

La idea clave del nuevo esquema es mapear la información sobre el funcional generador en una colección de sensores cuánticos entrelazados, codificado en estados electrónicos de los iones.

"Estos sensores cuánticos luego se acoplan mediante una secuencia de pulsos sincronizados con precisión al campo cuántico, casi como las teclas de un piano, que debe presionarse en diferentes momentos para producir una melodía ", explica Müller. "Esta melodía, que corresponde a la señal de medición interferométrica experimental, contiene la información relevante sobre la teoría de campo cuántica de interés".

Los resultados constituyen un paso importante en el tema más amplio de las simulaciones cuánticas, cuyo objetivo es comprender los problemas de la física cuántica de muchos cuerpos mediante sistemas experimentales que pueden manipularse con precisión para representar la teoría cuántica de campos que se investiga.

Sensores cuánticos para la generación funcional de teorías de campo cuántico en interacción. A. Bermúdez, G. Aarts, y M. Müller se publica en Revisión física X .