Las moléculas ultrafrías son prometedoras para aplicaciones en nuevas tecnologías cuánticas. Desafortunadamente, estas moléculas se destruyen al chocar entre sí. Investigadores de la Universidad de Harvard, MIT, La Universidad de Corea y la Universidad de Radboud han demostrado que estas pérdidas por colisión se pueden prevenir guiando la interacción entre moléculas usando microondas de tal manera que se repelen entre sí y, por lo tanto, no se acerquen durante las colisiones. Su artículo se publicará en Ciencias el 13 de agosto.

Las próximas tecnologías cuánticas, como la computación cuántica y la simulación cuántica, están de moda en este momento. Se dan grandes saltos hacia su realización en varias plataformas, como iones atrapados y matrices de átomos de Rydberg. Las moléculas ultrafrías son otra plataforma prometedora. Desafortunadamente, las colisiones entre las moléculas provocan pérdidas como si fueran químicamente reactivas, lo que ha limitado la capacidad de enfriar moléculas durante la última década. Un equipo de investigadores ha demostrado ahora que estas pérdidas por colisión pueden suprimirse mediante la ingeniería de interacciones repulsivas entre las moléculas utilizando microondas.

La eliminación de las pérdidas por colisión y el aumento de las colisiones elásticas permitirán enfriar las moléculas a un gas cuántico y acercar su aplicación en nuevas tecnologías cuánticas. Una ventaja única de las moléculas ultrafrías es que las interacciones entre moléculas se pueden ajustar y controlar girando una perilla en el laboratorio. utilizando campos externos. Por ejemplo, cuando las moléculas están expuestas a microondas, sus momentos dipolares oscilarán junto con las microondas. De esta forma podemos controlar las interacciones entre los momentos dipolares moleculares.

En lugar de seguir el campo de microondas, los momentos dipolares también pueden entrelazarse entre sí, que puede causar atracción o repulsión entre las moléculas. La repulsión entre las moléculas puede evitar que se junten. "De esta manera podemos proteger las moléculas de las pérdidas por colisión, "explica Tijs Karman de la Universidad de Radboud, quien propuso este método y cuyos cálculos guiaron el experimento.

Realización experimental

Por primera vez, El blindaje de microondas se ha demostrado experimentalmente en el laboratorio del profesor John Doyle en la Universidad de Harvard. Este experimento utiliza moléculas de monofluoruro de calcio (CaF) que se enfrían a una temperatura de 100 µK mediante una técnica llamada enfriamiento por láser. Luego, estas moléculas se almacenan en trampas individuales fabricadas con luz láser enfocada hacia abajo, que se llaman pinzas ópticas. Dos de estas pinzas, cada uno contiene una sola molécula, luego se fusionan para estudiar las colisiones entre exactamente dos moléculas. Para proteger las moléculas, están expuestos a microondas de una serie de antenas. De este modo, Los físicos diseñaron interacciones repulsivas entre las moléculas que las protegen de la pérdida por colisión. La tasa de pérdida se ha reducido en un factor de seis.

Enfriamiento a un gas cuántico de moléculas.

Además de suprimir las pérdidas por colisión, la repulsión entre moléculas cuando están muy separadas conduce a colisiones elásticas rápidas. Aquí, las colisiones elásticas se incrementan en un factor 17. Estas colisiones elásticas son importantes para la termolización. La termolización rápida y la pérdida lenta es exactamente lo que se necesita para un mayor enfriamiento de las moléculas por evaporación. un hito de larga data en el campo. Por lo tanto, El blindaje demostrado aquí es un paso importante hacia la creación de un gas cuántico de moléculas ultrafrías y la realización de tecnologías cuánticas futuras como la computación cuántica y la simulación cuántica.