Los investigadores de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur (SUTD) han descubierto cómo el medio ambiente puede afectar comportamientos cuánticos altamente sensibles como la localización. Sus hallazgos, publicado en Caos , podría conducir a futuras innovaciones en el diseño de materiales superconductores y dispositivos cuánticos, incluyendo sensores superprecisos.

Tecnología cuántica, en particular la detección cuántica, promete medir y capturar nuestro mundo a niveles de precisión nunca antes posibles. Tal precisión tiene diversas aplicaciones, desde imágenes médicas más rápidas y sensibles hasta tiempo de grabación en operaciones de mercado de alta frecuencia, e incluso el desarrollo de sensores que pueden determinar si el suelo debajo de nosotros es roca sólida o un depósito natural de petróleo y gas.

Sin embargo, a pesar de todo su potencial teórico, Un desafío práctico considerable permanece al producir dispositivos de medición cuántica:controlar cómo responden al medio ambiente. Los dispositivos reales son extremadamente sensibles al ruido, lo que en el mejor de los casos reduce su nivel de precisión y en el peor conduce a niveles inaceptables de error. Cuando se trata de crear sensores ultraprecisos, tal ruido podría abrumar cualquier señal útil.

Comprender cómo responden los dispositivos cuánticos al ruido ayudaría a los investigadores a encontrar nuevas formas de protegerlos del ruido. hacer más factibles las nuevas tecnologías de medición y detección. Más allá de aumentar su precisión, los investigadores pueden incluso dar nuevas propiedades a los dispositivos cuánticos. "Si pudiera ajustar la cantidad de ruido que experimentan estos dispositivos, puede hacer que funcionen de manera muy diferente y obtener un dispositivo aún más interesante, "explicó el profesor asociado Dario Poletti de SUTD, quien dirigió el estudio.

Por ejemplo, Los científicos han sabido durante décadas que el desorden en un sistema puede causar un fenómeno llamado localización, donde un sistema se 'atasca' en su estado inicial. Por otra parte, cuando las partículas de un sistema interactúan fuertemente entre sí, Existe la posibilidad de que se 'despeguen, ' es decir, deslocalizado.

Para estudiar este tira y afloja entre el desorden y la interacción, Poletti y Ph.D. El estudiante Xiansong Xu agregó una tercera variable:el medio ambiente. Comenzando con un modelo teórico conocido como la cadena de espín XXZ, los investigadores demostraron que el medio ambiente puede tener efectos contrastantes en la localización, dependiendo de la fuerza tanto del desorden como de la interacción en el sistema.

Realizar cálculos numéricos en el modelo, Los investigadores encontraron que poner el sistema en contacto con un entorno disipativo, como un baño de fotones, lo empujaba hacia la deslocalización y lo hacía más móvil. fluido y uniforme, como el agua.

En tono rimbombante, También encontraron que, si bien los sistemas que interactúan débil y fuertemente aún mostraban signos de localización, los tipos de localización eran sorprendentemente diferentes:uno más granulado y pegado, como arena, y el otro, más uniforme mientras todavía está atascado, como el hielo.

Este descubrimiento teórico sugiere que las propiedades de ciertos materiales se pueden ajustar a través de cambios en el entorno externo. Por ejemplo, los investigadores podrían convertir un material de un aislante en un conductor al iluminarlo, o convertir el material de un tipo de aislante en otro, con aplicaciones que van más allá de las tecnologías cuánticas a la ciencia de los materiales y la nanoelectrónica.

"Ya existen dispositivos cuánticos, y probablemente veremos más y más de ellos, ", Dijo Poletti." Los dispositivos nunca están realmente aislados de sus entornos, por lo que nos gustaría comprender mejor cómo pueden trabajar en conjunto con el medio ambiente ".

"Ahora la misión es profundizar y buscar diferentes sistemas, o busque materiales reales y vea qué más puede suceder allí, ", agregó." Este tipo de investigación se realiza durante muchos años. Estamos tratando de desarrollar conocimientos y herramientas fundamentales para que, eventualmente, la industria puede hacerse cargo ".