En un avance significativo para la ciencia cuántica, investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) en Barcelona, España, han desarrollado QUIONE, el primer procesador cuántico atómico del país. Este dispositivo no solo representa un logro tecnológico importante, sino que también marca un hito en la simulación cuántica por su capacidad para observar átomos individuales en un gas cuántico de estroncio.

El simulador cuántico, llamado QUIONE en honor a la diosa griega de la nieve, permite a los científicos captar imágenes de alta resolución de gases cuánticos, haciendo posible la detección de átomos individuales. Esta capacidad única lo convierte en una herramienta excepcional para explorar en profundidad las propiedades microscópicas de los materiales y los fenómenos cuánticos.

Dirigido por la investigadora ICREA del ICFO, Leticia Tarruell, el equipo ha llevado a cabo un trabajo pionero para conseguir manipular y observar el gas de estroncio en condiciones extremas de baja temperatura, aproximándose al cero absoluto. Estas condiciones permiten que los átomos exhiban comportamientos cuánticos como la superposición y el entrelazamiento, fundamentales para la simulación de fenómenos que los ordenadores clásicos no pueden resolver eficientemente.

Uno de los aspectos más notables de QUIONE es su capacidad para simular sistemas muy complejos y convertirlos en modelos más simples, lo que puede abrir nuevas vías para entender por qué algunos materiales conducen electricidad sin pérdidas a temperaturas relativamente altas, un enigma de larga data en la física.

La relevancia de este desarrollo se ve amplificada por su singularidad; QUIONE es el único microscopio de gases cuánticos en el mundo que puede captar imágenes de átomos individuales de gases cuánticos de estroncio, y es el primero de su tipo en España. Además, el proyecto ha recibido un importante respaldo tanto a nivel nacional como europeo, con apoyo de la Real Sociedad Española de Física, la Fundación BBVA, Fundación Ramón Areces, Fundación La Caixa, Fundación Cellex, y un proyecto ERC.

¿Por qué estroncio? A diferencia de los átomos alcalinos tradicionalmente utilizados en este tipo de experimentos, el estroncio ofrece más opciones para la experimentación debido a sus complejas propiedades ópticas. Esto lo hace ideal para aplicaciones en computación y simulación cuánticas, donde se utilizan sus átomos como procesadores cuánticos atómicos capaces de abordar problemas más allá de las capacidades de los superordenadores actuales.

El proceso de creación de QUIONE incluyó enfriar los átomos de estroncio con láseres para reducir su movimiento y, posteriormente, utilizar estos láseres para crear una red óptica que organiza los átomos en un patrón regular. Este arreglo permite estudiar cómo los átomos interactúan entre sí y simular la dinámica de los electrones en los materiales.

Las imágenes y vídeos capturados por QUIONE han revelado fenómenos fascinantes, como átomos «saltando» de un sitio a otro de la red óptica debido al efecto túnel cuántico. Además, el equipo ha utilizado esta tecnología para confirmar la presencia de superfluidez en el gas de estroncio, un estado de la materia que fluye sin viscosidad.

Este avance no solo consolida la posición de ICFO como líder en tecnologías cuánticas, sino que también refuerza el compromiso de Cataluña y de España en general en el impulso de la investigación cuántica, posicionando a QUIONE como una herramienta clave para futuros descubrimientos en el campo de la física cuántica y la tecnología avanzada.

Fuente: ICFO y más información sobre gas de estroncio.