Se establece que la materia puede transitar entre diferentes fases cuando ciertos parámetros, como la temperatura, están cambiados. Aunque las transiciones de fase son comunes (como el agua que se convierte en hielo en un congelador), las dinámicas que gobiernan estos procesos son muy complejas y constituyen un problema destacado en el campo de la física del desequilibrio.

Cuando un sistema sufre una transición de fase, la materia en la nueva fase tiene muchas "configuraciones" energéticamente iguales posibles para adoptar. En estos casos, diferentes partes del sistema adoptan diferentes configuraciones en regiones llamadas "dominios". Las interfaces entre estos dominios se conocen como defectos topológicos y reducir el número de estos defectos formados puede ser inmensamente valioso en muchas aplicaciones.

Una estrategia común para reducir los defectos es facilitar al sistema a través de la transición de fase lentamente. De hecho, según el mecanismo "Kibble-Zurek" (KZM), Se predice que el número medio de defectos y el tiempo de conducción de la transición de fase siguen una ley de potencia universal. Sin embargo, Probar experimentalmente el KZM en un sistema cuántico sigue siendo un objetivo codiciado.

En un estudio reciente publicado en Investigación de revisión física , un equipo de científicos dirigido por el profesor emérito Hidetoshi Nishimori del Instituto de Tecnología de Tokio, Japón, probó la validez del KZM en dos recocidos cuánticos disponibles comercialmente, un tipo de computadora cuántica diseñada para resolver problemas complejos de optimización. Estos dispositivos, conocidos como recocido D-Wave, puede recrear sistemas cuánticos controlables y controlar su evolución a lo largo del tiempo, proporcionando un banco de pruebas experimental adecuado para el KZM.

Primero, Los científicos comprobaron si la "ley de potencia" entre el número medio de defectos y el tiempo de recocido (tiempo de conducción de la transición de fase) predicho por el KZM se mantuvo para un sistema magnético cuántico llamado "modelo de Ising de campo transversal unidimensional". Este modelo representa las orientaciones (espines) de una larga cadena de "dipolos magnéticos, "donde las regiones homogéneas están separadas por defectos vistos como espines vecinos que apuntan en direcciones incorrectas.

Si bien la predicción original del KZM con respecto al número promedio de defectos era válida en este sistema, los científicos dieron un paso más:aunque esta extensión del KZM estaba originalmente destinada a un sistema cuántico completamente "aislado" que no se veía afectado por parámetros externos, encontraron un buen acuerdo entre sus predicciones y sus resultados experimentales incluso en los recocidos D-Wave, que son sistemas cuánticos "abiertos".

Emocionado por estos resultados, El profesor Nishimori comenta:"Nuestro trabajo proporciona la primera prueba experimental de dinámica crítica universal en un sistema cuántico abierto de muchos cuerpos. También constituye la primera prueba de cierta física más allá del KZM original, proporcionando una fuerte evidencia experimental de que la teoría generalizada se mantiene más allá del régimen de validez teóricamente establecido ".

Este estudio muestra el potencial de los templadores cuánticos para realizar simulaciones de sistemas cuánticos y también ayuda a obtener información sobre otras áreas de la física. A este respecto, El profesor Nishimori afirma:"Nuestros resultados aprovechan los dispositivos de recocido cuántico como plataformas para probar y explorar las fronteras de la física del no equilibrio. Esperamos que nuestro trabajo motive más investigaciones que combinen el recocido cuántico y otros principios universales en la física del no equilibrio". Ojalá, Este estudio también promoverá el uso de templadores cuánticos en física experimental. Después de todo, ¿A quién no le encanta encontrar un nuevo uso para una herramienta?