Un equipo internacional liderado por investigadores de LENS, CNR-INO, la Universidad de Florencia, la RPTU University Kaiserslautern-Landau y el Technology Innovation Institute (TII) ha observado, por primera vez, los pasos de Shapiro en gases atómicos ultrarríos. Los equipos, siguiendo un protocolo desarrollado en el TII, la Universidad de Hamburgo y la Universidad de Catania, demostraron este fenómeno cuántico – respuestas cuantizadas a la oscilación externa – en un sistema no superconductor. Este logro ofrece una nueva ventana para la observación en tiempo real de la mecánica cuántica y sienta las bases para sensores cuánticos avanzados con el potencial de superar las tecnologías existentes, representando un paso significativo hacia los principios destacados por el anticipado Premio Nobel de Física de 2025.
Primera Observación de los Pasos de Shapiro en Átomos Ultrarríos
Investigadores han observado, por primera vez, los pasos de Shapiro en átomos ultrarríos, un fenómeno cuántico que previamente solo se había observado en circuitos superconductores. Este hito ofrece una nueva forma de estudiar la mecánica cuántica en tiempo real y sienta las bases para sensores cuánticos avanzados y simulaciones. Dos equipos, uno en Florencia y otro en Kaiserslautern, lograron esto utilizando gases atómicos ultrarríos, siguiendo un protocolo desarrollado por investigadores en Abu Dhabi, Hamburgo y Catania – resultados publicados de forma consecutiva en Science.
Los experimentos revelaron que cada oscilación del sistema atómico genera un número preciso de pares de vórtices-antivórtices, o anillos de vórtice, responsables de producir las señales escalonadas observadas. Esto permite a los científicos “ralentizar y ampliar” el funcionamiento interno de los sistemas cuánticos, ofreciendo una visión más clara de la coherencia cuántica. Los hallazgos vinculan directamente la emisión de estos anillos de vórtice con los pasos de Shapiro cuantificados observados, marcando un avance clave en la comprensión del transporte cuántico.
Este logro introduce un nuevo campo llamado atomtrónica – electrónica atómica – donde los átomos neutros, guiados por láseres, funcionan como electrones en circuitos tradicionales. A diferencia de los electrones, estos átomos ofrecen un mayor control y coherencia, allanando el camino para mediciones ultra sensibles de la gravedad, la rotación y los campos magnéticos. Los investigadores anticipan aplicaciones que van desde la navegación autónoma y el monitoreo sísmico hasta la exploración espacial y la creación de “brújulas cuánticas” y detectores de gravedad.
Comprendiendo y Observando la Coherencia Cuántica
Investigadores han observado, por primera vez, los pasos de Shapiro en átomos ultrarríos, un fenómeno cuántico que previamente solo se había observado en circuitos superconductores. Este avance permite a los científicos ralentizar y ampliar los sistemas cuánticos, proporcionando una nueva forma de observar la coherencia cuántica en tiempo real. Los experimentos revelaron que cada oscilación genera un número preciso de pares de vórtices-antivórtices – pequeños remolinos – responsables de crear las señales escalonadas observadas, vinculándolos directamente a la emisión de anillos de vórtice.
Este logro construye el primer circuito de CA atomtrónico, utilizando átomos neutros en lugar de electrones. La atomtrónica ofrece un mayor control y coherencia en comparación con la electrónica tradicional, lo que podría conducir a mediciones ultra sensibles de la gravedad, la rotación y los campos magnéticos. La observación de pasos de Shapiro cuantificados en un sistema atómico impulsa la atomtrónica hacia convertirse en una plataforma práctica para futuras tecnologías cuánticas, incluyendo brújulas cuánticas y detectores de gravedad.
Los hallazgos, publicados en artículos consecutivos en Science, demuestran una nueva plataforma para el estudio de la coherencia cuántica y sientan una base sólida para futuras tecnologías de detección cuántica. Al recrear el efecto Shapiro con átomos ultrarríos, los investigadores están esencialmente observando la mecánica cuántica a cámara lenta, abriendo nuevas y poderosas posibilidades para la simulación cuántica de circuitos superconductores en condiciones previamente inaccesibles. Este trabajo destaca la relevancia internacional de la investigación cuántica y el poder de la colaboración.
Avanzando en la Atomtrónica y las Tecnologías Cuánticas
Un equipo internacional ha observado, por primera vez, los pasos de Shapiro en átomos ultrarríos, un fenómeno cuántico que previamente solo se había observado en circuitos superconductores. Este avance proporciona una nueva forma de estudiar la mecánica cuántica en tiempo real y es fundamental para sensores cuánticos avanzados y simulaciones. Los experimentos, realizados por equipos en Florencia y Kaiserslautern, siguieron un protocolo desarrollado en Abu Dhabi, Hamburgo y Catania, y han sido publicados como artículos ‘consecutivos’ en Science.
La observación de estos pasos implicó recrear el efecto con átomos ultrarríos, permitiendo a los investigadores ralentizar y ampliar el funcionamiento de los sistemas cuánticos. Cada oscilación generó un número preciso de pares de vórtices-antivórtices, o anillos de vórtice, responsables de las señales escalonadas. Este logro representa la primera vez que los pasos de Shapiro cuantificados se han vinculado a la emisión de anillos de vórtice en un sistema atómico, profundizando nuestra comprensión del transporte cuántico y avanzando en el campo de la atomtrónica.
La atomtrónica, utilizando átomos neutros guiados por láseres, ofrece un mayor control y coherencia que la electrónica tradicional. Esta nueva plataforma promete mediciones ultra sensibles de la gravedad, la rotación y los campos magnéticos. Los investigadores han construido el primer circuito de CA atomtrónico utilizando átomos neutros, creando dispositivos para medir fuerzas sutiles con una resolución sin precedentes y potencialmente permitiendo aplicaciones como brújulas cuánticas y detectores de gravedad.
Usar átomos ultrarríos es como observar la mecánica cuántica a cámara lenta.
Dra. Giulia del Pace
