Los investigadores que trabajan en un proyecto del Ejército de EE. UU. Descubrieron una idea clave para el desarrollo de dispositivos cuánticos y computadoras cuánticas.
Los científicos descubrieron que una clase de partículas conocidas como bosones puede comportarse como una clase opuesta de partículas llamadas fermiones, cuando se las obliga a formar una línea.
La investigación, realizada en la Penn State University y financiada en parte por la Oficina de Investigación del Ejército, un elemento del Laboratorio de Investigación del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de los EE. UU., Encontró que cuando las interacciones internas entre los bosones en un gas unidimensional son muy fuertes, su distribución de velocidad se transforma en la de un gas de fermiones que no interactúan cuando se expanden en una dimensión. La investigación se publica en la revista ciencia .
"El rendimiento de los relojes atómicos, las computadoras cuánticas y los sistemas cuánticos dependen de la curación adecuada de las propiedades del sistema elegido", dijo el Dr. Paul Baker, gerente de programa, física atómica y molecular de ARO. "Este esfuerzo de investigación demuestra quelas estadísticas del sistema pueden alterarse restringiendo adecuadamente las dimensiones del sistema. Además de ampliar nuestra comprensión de los principios fundamentales, este descubrimiento podría proporcionar un método para cambiar dinámicamente un sistema de bosónico a fermiónico para satisfacer mejor la necesidad militar ".
Los investigadores demostraron experimentalmente que, cuando los bosones se expanden en una dimensión, se permite que la línea de átomos se extienda más, pueden formar un mar de Fermi.
"Todas las partículas en la naturaleza vienen en uno de dos tipos, dependiendo de su espín, una propiedad cuántica sin análogo real en física clásica", dijo David Weiss, profesor distinguido de física en Penn State y uno de los líderes de la investigaciónequipo ". Los bosones, cuyos espines son enteros enteros, pueden compartir el mismo estado cuántico, mientras que los fermiones, cuyos espines son medios enteros, no pueden. Cuando las partículas son lo suficientemente frías o densas, los bosones se comportan de manera completamente diferente a los fermiones. Los bosones forman Bose-Einsteincondensados, que se congregan en el mismo estado cuántico. Los fermiones, por otro lado, llenan los estados disponibles uno por uno para formar lo que se llama un mar de Fermi ".
El equipo de investigación creó una serie de gases unidimensionales ultrafríos compuestos de átomos bosónicos gases Bose utilizando una red óptica que utiliza luz láser para atrapar los átomos. En la trampa de luz, el sistema está en equilibrio y la interacción intensaLos gases Bose tienen distribuciones espaciales como los fermiones, pero aún tienen la distribución de velocidad de los bosones. Cuando los investigadores desconectan parte de la luz atrapante, los átomos se expanden en una dimensión. Durante esta expansión, la distribución de la velocidad de los bosones se transforma suavemente en unaeso es idéntico a los fermiones.
"Al comprender completamente la dinámica de los gases unidimensionales, y luego gradualmente hacer que los gases sean menos integrables, esperamos identificar los principios universales en los sistemas cuánticos dinámicos", dijo Weiss.
Los sistemas cuánticos dinámicos e interactivos son una parte importante de la física fundamental. También están aumentando tecnológicamente relevantes, ya que muchos dispositivos cuánticos reales y propuestos se basan en ellos, incluidos los simuladores cuánticos y las computadoras cuánticas.
"Ahora tenemos acceso experimental a cosas que si le hubieras preguntado a cualquier teórico que trabajara en el campo hace diez años '¿veremos esto en nuestra vida?' Habrían dicho 'de ninguna manera'", dijo Marcos Rigol, profesorde física en Penn State y el otro líder del equipo de investigación.
Además de ARO, la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. Financió esta investigación.
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Materiales proporcionado por Laboratorio de investigación del ejército de EE. UU. . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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