Crean materia cuántica en la Estación Espacial Internacional

Los físicos logran producir un condensado de Bose-Einstein en un laboratorio en órbita, en la Estación Espacial Internacional, lo que les permitirá explorar diversos misterios de la física fundamental.

Desde hace 25 años, los físicos utilizan un estado de la materia que surge en átomos ultrafríos para investigar el comportamiento cuántico a escala macroscópica. Y ahora pueden hacerlo en el espacio.

La hazaña (la creación de un condensado de Bose-Einstein) la han protagonizado físicos del Laboratorio de Átomos Fríos de la NASA (CAL, por sus siglas en inglés), que entró en funcionamiento a bordo de la Estación Espacial Internacional en junio de 2018. Los resultados constituyen una prueba de concepto que muestra que el laboratorio puede explotar satisfactoriamente la microgravedad del espacio para generar fenómenos que serían imposibles en la Tierra.

Los hallazgos se publicaron el 11 de junio en la revista Nature

«Observation of Bose–Einstein condensates in an Earth-orbiting research lab», David C. Aveline et al. en Nature, vol. 582, págs. 193-197, 11 de junio de 2020.


Creados por primera vez en 1995, los condensados de Bose-Einstein se originan al enfriar nubes de átomos hasta rozar el cero absoluto. A esta temperatura, prevalece la naturaleza cuántica ondulatoria de las partículas, que se funden en un único objeto cuántico macroscópico que los físicos pueden emplear para investigar comportamientos exóticos.

En la Tierra, la gravedad limita el estudio de estas nubes, puesto que se dispersan rápidamente a menos que los efectos gravitatorios se contrarresten con fuertes campos magnéticos. Sin embargo, en microgravedad, los condensados persisten durante más tiempo, lo que permite realizar investigaciones más precisas. Y dado que en el espacio pueden usarse trampas magnéticas débiles para atrapar los átomos, es posible reducir su temperatura aún más, en parte gracias a una técnica que enfría los condensados dejando que se expandan. «La mayoría de los físicos cuánticos dirían que los experimentos con átomos fríos son geniales, pero para mejorarlos hay que trasladarlos al espacio», asegura Kamal Oudrhiri, director de la misión del CAL en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de Pasadena, California.

Los investigadores emplearon los precisos láseres del CAL en condiciones de alto vacío para producir condensados que sobrevivieron más de un segundo a 200 billonésimas de grado sobre el cero absoluto, al nivel de algunos de los experimentos más exitosos llevados a cabo en la Tierra. En futuras pruebas, el equipo planea bajar hasta una temperatura récord de 20 billonésimas de grado y crear condensados que perduren 5 segundos, afirma Oudrhiri. Eso lo convertiría en el lugar más frío del universo conocido.


FUENTE: Investigación y Ciencia. 

Crear una red cuántica híbrida entre laboratorios distintos

En un estudio publicado esta semana en la revista Nature, científicos del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO, en Barcelona) dirigidos por el profesor Hugues de Riedmatten presentan la primera demostración de un enlace elemental en una red de información cuántica híbrida, utilizando una nube de átomos fríos y un cristal alterado como nodos cuánticos, así como fotones individuales como portadores de información.


Nicolas Maring, Pau Farrera, Kutlu Kutluer, Margherita Mazzera, Georg Heinze and Hugues de Riedmatten. Photonic quantum state transfer between a cold atomic gas and a crystalNature, 551, p. 485–488 (23 Nov. 2017) doi:10.1038/nature24468


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El estudio demuestra la comunicación y transmisión de información cuántica entre dos tipos de nodos cuánticos completamente diferentes, ubicados en diferentes laboratorios. Este logro muestra que es posible construir una red híbrida cuántica con elementos heterogéneos, que es totalmente compatible con la infraestructura actual de telecomunicaciones de fibra óptica.

Hoy en día, las redes de información cuántica están comenzando a materializarse, con la posibilidad de llegar a ser una tecnología disruptiva que proporcionará capacidades radicalmente nuevas para el procesamiento de la información y la comunicación. Las investigaciones más recientes en el campo señalan que esta revolución de las redes cuántica podría estar a la vuelta de la esquina.

Una red cuántica fotónica

Una red de información cuántica está formada tanto por nodos cuánticos, que almacenan y procesan información, constituidos por sistemas de materia como gases atómicos fríos o sólidos alterados, entre otros, así como por partículas encargadas de transferir la información, generalmente fotones.

Si bien los fotones parecen ser portadores perfectos de información, aún existe cierta incertidumbre sobre qué sistema de materia se podría usar como nodo de red, ya que cada sistema proporciona diferentes funcionalidades. Por lo tanto, científicos del campo han considerado la posibilidad de implementar una red híbrida, buscando combinar las mejores.

Estudios anteriores han logrado conseguir transferencias seguras de información cuántica entre nodos idénticos, pero esta es la primera vez que esto se logra con una red de nodos híbridos. Los investigadores del ICFO han encontrado una solución para hacer funcionar una red cuántica híbrida y resolver el desafío de una transferencia segura y confiable de los estados cuánticos entre diferentes nodos cuánticos a través de fotones individuales. capacidades de diferentes sistemas de materiales.

Además de hacerlo dentro un entorno libre de ruido, un fotón individual necesita interactuar fuertemente con los nodos heterogéneos o sistemas de materia, que generalmente funcionan a diferentes longitudes de onda y anchos de banda. Como comenta Nicolas Maring, «es como tener nodos hablando en dos idiomas diferentes. Para que se comuniquen correctamente, es necesario convertir las propiedades del fotón individual para que pueda transferir eficientemente toda la información de un nodo al otro «.

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Los autores del estudio: Nicolas Maring, Pau Farrera, Kutlu Kutluer, Margherita Mazzera, Georg Heinze and Hugues de Riedmatten.