Los físicos de la EPFL proponen un nuevo "simulador cuántico":un dispositivo basado en láser que se puede utilizar para estudiar una amplia gama de sistemas cuánticos. Estudiándolo los investigadores han descubierto que los fotones pueden comportarse como dipolos magnéticos a temperaturas cercanas al cero absoluto, siguiendo las leyes de la mecánica cuántica. El simulador simple se puede utilizar para comprender mejor las propiedades de materiales complejos en condiciones tan extremas.

Cuando está sujeto a las leyes de la mecánica cuántica, Los sistemas hechos de muchas partículas que interactúan pueden mostrar un comportamiento tan complejo que su descripción cuantitativa desafía las capacidades de las computadoras más poderosas del mundo. En 1981, el visionario físico Richard Feynman argumentó que podemos simular un comportamiento tan complejo utilizando un aparato artificial gobernado por las mismas leyes cuánticas, lo que ha llegado a conocerse como un "simulador cuántico".

Un ejemplo de un sistema cuántico complejo es el de los imanes colocados a temperaturas realmente bajas. Cerca del cero absoluto (-273,15 grados Celsius), los materiales magnéticos pueden sufrir lo que se conoce como una "transición de fase cuántica". Como una transición de fase convencional (por ejemplo, hielo derritiéndose en agua, o agua que se evapora en vapor), el sistema todavía cambia entre dos estados, excepto que cerca del punto de transición el sistema manifiesta un entrelazamiento cuántico, la característica más profunda predicha por la mecánica cuántica. Estudiar este fenómeno en materiales reales es una tarea asombrosamente desafiante para los físicos experimentales.

Pero los físicos dirigidos por Vincenzo Savona en EPFL ahora han creado un simulador cuántico que promete resolver el problema. "El simulador es un dispositivo fotónico simple que se puede construir y ejecutar fácilmente con las técnicas experimentales actuales, "dice Riccardo Rota, el postdoctorado en el laboratorio de Savona que dirigió el estudio. "Pero mas importante, puede simular el comportamiento complejo de real, imanes que interactúan a temperaturas muy bajas ".

El simulador puede construirse utilizando circuitos superconductores, la misma plataforma tecnológica utilizada en las computadoras cuánticas modernas. Los circuitos están acoplados a campos láser de tal forma que provocan una interacción eficaz entre las partículas de luz (fotones). "Cuando estudiamos el simulador, descubrimos que los fotones se comportaban de la misma manera que los dipolos magnéticos a lo largo de la transición de fase cuántica en materiales reales, "dice Rota. En resumen, ahora podemos usar fotones para ejecutar un experimento virtual con imanes cuánticos en lugar de tener que configurar el experimento en sí.

"Somos teóricos, ", dice Savona." Se nos ocurrió la idea de este simulador cuántico en particular y modelamos su comportamiento utilizando simulaciones informáticas tradicionales, que se puede hacer cuando el simulador cuántico se dirige a un sistema lo suficientemente pequeño. Nuestros hallazgos demuestran que el simulador cuántico que proponemos es viable, y ahora estamos en conversaciones con grupos experimentales a quienes les gustaría construirlo y usarlo ".

Comprensiblemente, Rota está entusiasmado:"Nuestro simulador se puede aplicar a una amplia clase de sistemas cuánticos, permitiendo a los físicos estudiar varios fenómenos cuánticos complejos. Es un avance verdaderamente notable en el desarrollo de tecnologías cuánticas ".