Los físicos de Israel han creado un interferómetro cuántico en un chip atómico. Este dispositivo se puede utilizar para explorar los fundamentos de la teoría cuántica mediante el estudio del patrón de interferencia entre dos haces de átomos. El físico de la Universidad de Groningen, Anupam Mazumdar, describe cómo el dispositivo podría adaptarse para usar partículas mesoscópicas en lugar de átomos. Esta modificación permitiría ampliar las aplicaciones. Una descripción del dispositivo y las consideraciones teóricas sobre su aplicación por parte de Mazumdar se publicaron el 28 de mayo en la revista Science Advances .
El dispositivo, creado por científicos de la Universidad Ben-Gurion del Negev, es el llamado interferómetro Stern Gerlach, que fue propuesto por primera vez hace 100 años por los físicos alemanes Otto Stern y Walter Gerlach. Su objetivo original de crear un interferómetro con átomos de propagación libre expuestos a gradientes de imanes macroscópicos no se ha realizado prácticamente hasta ahora. “Estos experimentos se han realizado utilizando fotones, pero nunca con átomos”, explica Anupam Mazumdar, profesor de Física Teórica en la Universidad de Groningen y uno de los coautores del artículo en Science Advances .
Los científicos israelíes, dirigidos por el profesor Ron Folman, crearon un interferómetro en un chip atómico , que puede confinar y / o manipular átomos. Un haz de átomos de rubidio levita sobre el chip usando imanes. Los gradientes magnéticos se utilizan para dividir el haz de acuerdo con los valores de espín de los átomos individuales. El giro es un momento magnético que puede tener dos valores, hacia arriba o hacia abajo. Los átomos de rotación hacia arriba y hacia abajo están separados por un gradiente magnético. Posteriormente, los dos haces divergentes se vuelven a unir y se recombinan. A continuación, se miden los valores de giro y se forma un patrón de interferencia. Spin es un fenómeno cuántico y, a lo largo de este interferómetro, los espines opuestos se entrelazan. Esto hace que el interferómetro sea sensible a otros fenómenos cuánticos.
Mazumdar no participó en la construcción del chip , pero contribuyó con conocimientos teóricos al artículo. Junto con varios de sus colegas, propuso previamente un experimento para determinar si la gravedad es de hecho un fenómeno cuántico utilizando objetos mesoscópicos entrelazados, es decir, pequeños diamantes que pueden colocarse en un estado de superposición cuántica. “Sería posible utilizar estos diamantes en lugar de los átomos de rubidio en este interferómetro”, explica. Sin embargo, este proceso sería muy complejo, ya que el dispositivo, que actualmente se opera a temperatura ambiente , necesitaría enfriarse a alrededor de 1 Kelvin para el experimento mesoscópico.
Si esto se realiza, dos de estos chips de átomos podrían caer libremente juntos (para neutralizar la gravedad externa), de modo que cualquier interacción que ocurra entre ellos dependería de la atracción gravitacional entre los dos chips. Mazumdar y sus colegas pretenden determinar si el entrelazamiento cuántico del par ocurre durante la caída libre , lo que significaría que la fuerza de gravedad entre los diamantes es de hecho un fenómeno cuántico. Otra aplicación de este experimento es la detección de ondas gravitacionales; su deformación del espacio-tiempo debe ser visible en el patrón de interferencia.
La implementación real de este experimento está todavía muy lejos, pero Mazumdar está muy emocionado ahora que se ha creado el interferómetro . “Ya es [un] sensor cuántico, aunque todavía tenemos que averiguar qué es exactamente lo que puede detectar. El experimento es como los primeros pasos de un bebé; ahora, tenemos que guiarlo para que alcance la madurez”.
