Un equipo de científicos de la Universidad de Manchester, en colaboración con ETH Zurich, TU Wien y ICFO Barcelona, ha logrado un avance significativo al enfriar el movimiento giratorio de una nanopartícula hasta su estado cuántico fundamental, que representa el estado de movimiento más frío posible. Este estudio, publicado en la revista Nature Physics, demuestra cómo los investigadores utilizaron un láser altamente ajustado y un sistema de vacío para atrapar y enfriar un disco de vidrio de 100 nanómetros compuesto por miles de millones de átomos.
El trabajo establece un nuevo estándar para la pureza cuántica, que mide cuán estrechamente se comporta un sistema según las reglas de la mecánica cuántica. El Dr. Jayadev Vijayan, investigador en el Departamento de Ingeniería Electrónica y Eléctrica de la Universidad de Manchester, señala: “Este estado cuántico de alta pureza nos brinda el mejor punto de partida para probar si objetos 10,000 veces más pesados que el actual titular del récord muestran un comportamiento ondulatorio característico del mundo cuántico”.
Un nuevo enfoque en experimentos cuánticos
En el mundo cuántico, los átomos pueden comportarse tanto como partículas como ondas simultáneamente, dando lugar a fenómenos que parecen permitirles estar "en dos lugares a la vez". Para observar estos efectos en objetos más grandes, es necesario enfriar su movimiento cerca del cero absoluto, donde el único movimiento restante se debe a las fluctuaciones cuánticas, es decir, al jittering del espacio vacío.
Para lograr esto por primera vez, los investigadores emplearon un haz láser para atrapar una nanopartícula y hacerla levitar dentro de una cámara de vacío. Esta cámara elimina todo el aire para evitar que nada interfiera con la partícula y la caliente. Posteriormente, colocaron la partícula entre dos espejos enfrentados, formando una cavidad destinada a enfriar su movimiento.
Impulsando nuevas tecnologías cuánticas
El profesor Carlos Gonzalez-Ballestero, del Instituto de Física Teórica en TU Wien, explica: “El láser puede suministrar energía a la nanopartícula o extraerla. Ajustando cuidadosamente los espejos de la cavidad, podemos asegurarnos de que el láser casi siempre extraiga energía. La partícula gira cada vez más lento hasta alcanzar el estado cuántico fundamental”. Lo notable de este resultado es la pureza récord del estado cuántico alcanzado.
Una alta pureza significa que el objeto se comporta casi enteramente como un sistema cuántico, con muy poca influencia del entorno. Este nivel de control y precisión abre puertas a pruebas experimentales sobre mecánica cuántica en escalas completamente nuevas.
Este avance allana el camino hacia tecnologías revolucionarias. Cuanto mayor sea un objeto cuántico, más sensible se vuelve a ciertos tipos de fuerzas, lo que podría convertirlo en sensores cuánticos increíblemente precisos. Por ejemplo, los sensores basados en nanopartículas levitadas podrían proporcionar nuevos sistemas de navegación precisos sin necesidad de sistemas satelitales globales; detectar tempranamente terremotos y actividad volcánica; así como herramientas para mapear topologías subterráneas.
- Esta investigación fue publicada en la revista Nature Physics. Título completo: High-Purity Quantum Optomechanics at Room Temperature. DOI: 10.1038/s41567-025-02976-9. Disponible aquí
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