Los estados topológicos exóticos de la materia

Investigadores de Austria han propuesto ideas nuevas para crear «estados topológicos de la materia» exóticos en sistemas de muchos cuerpos de la mecánica cuántica. Presentado en Nature Physics, el estudio recibió fondos de los proyectos europeos NAME-QUAM («Nanodiseño de materia cuántica atómica y molecular») y AQUTE («Tecnologías cuánticas atómicas»). Ambos están financiados mediante el tema «Tecnologías de la información y la comunicación» del Séptimo Programa Marco (7PM) con 2,09 millones de euros y 5,3 millones de euros respectivamente.

Los científicos, de la Universidad de Innsbruck, asociaron conceptos de óptica cuántica y física de materia condensada para demostrar la posibilidad de crear un ordenador cuántico «inmune a las perturbaciones».

Los físicos Sebastian Diehl y Peter Zoller presentaron en 2008 un método innovador para la creación de estados cuánticos en sistemas de muchos cuerpos. Aprovecharon un fenómeno físico denominado disipación que normalmente intensifica de forma significativa el grado de desorden de un sistema. La disipación se suele definir como la producción de calor mediante fricción.

Pero en el ámbito de la física cuántica la disipación es capaz de generar orden y también un estado de muchos cuerpos puro. Dirigido por Rainer Blatt, el grupo de Innsbruck mostró de forma experimental en este estudio que se pueden producir y aumentar distintos efectos cuánticos mediante disipación.

En colaboración con el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia de las Ciencias de Austria, los investigadores de Innsbruck aportan datos clave sobre cómo utilizar la disipación para distintos objetivos.

Señalan que el orden topológico contribuye a conocer el orden en sistemas de muchos cuerpos en el ámbito concreto de la física de la materia condensada. Por ejemplo, el efecto Hall cuántico y el aislante topológico son fenómenos topológicos. El primero se demostró en la década de los ochenta y el segundo se descubrió que se comportaba como aislante eléctrico en su interior a la vez que permitía el transporte de cargas en su superficie.

El equipo de los doctores Diehl y Zoller se propone lograr fermiones de Majorana inducidos mediante disipación en un sistema cuántico. Este fenómeno topológico debe su nombre al físico italiano Ettore Majorana y describe partículas que son sus propias antipartículas.

«Hemos mostrado una forma nueva de crear fermiones de Majorana en un entorno controlado en un sistema cuántico», afirmó el Dr. Diehl. «Para ello utilizamos una dinámica disipativa que conduce el sistema hasta este estado de forma controlada y lo devuelve a su estado anterior cuando se ve afectado por perturbaciones.»

Ambos conceptos presentan una solidez elevada ante perturbaciones como el desorden. «Trabajamos en la frontera entre las dos disciplinas, circunstancia que crea posibilidades nuevas e interesantes», aseguró el Dr. Diehl. «Fuimos capaces de cumplir todos los requisitos topológicos y mostrar que sus requisitos también son válidos en un sistema que cuenta con dinámica disipativa.»

Para más información:

Universidad de Innsbruck:

http://www.uibk.ac.at/

Nature Physics:

http://www.nature.com/nphys/index.html

Fuente: Cordis

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