Científicos de Harvard observan un nuevo estado de la materia, un líquido de espín cuántico

Por primera vez se ha observado una condición inusual de la materia que se propuso por primera vez hace unos 50 años. Esta sustancia, conocida como líquido de espín cuántico, fue desarrollada por investigadores de Harvard y algún día podría ayudar al avance de las computadoras cuánticas.

Los espines de los electrones en un material deben estar bien organizados para que el material se vuelva magnético. La razón por la que funciona el tipo de magnetismo más frecuente, el que ves en tu refrigerador, es que cada electrón de la sustancia gira de la misma manera. Mientras haya orden, se pueden desarrollar varios tipos de magnetismo cuando los espines de los electrones cercanos se alternan hacia arriba y hacia abajo en un patrón de tablero de ajedrez.

Sin embargo, el físico Philip Anderson postuló en 1973 una forma de materia conocida como líquidos de espín cuántico que desafiaba estas regulaciones. Al enfriarse, la sustancia no logró solidificarse y, lo que es más importante, sus electrones no lograron asentarse en un estado de orden superior. Más bien, estarían en un estado cuántico complejo en el que estarían entrelazados entre sí e intercambiando lugares continuamente.

Por primera vez, un grupo de científicos liderados por Harvard ha producido y observado un líquido de espín cuántico. Para lograr esto, los científicos emplearon un simulador cuántico programable que crearon unos años antes, que utiliza láseres para colgar 219 átomos en una cuadrícula. Es posible controlar cuidadosamente las características de estos átomos, incluidos los espines de los electrones.

Para esta investigación, los átomos se colocaron en una red triangular, lo que significa que cada átomo tiene dos vecinos inmediatos. Debido a su capacidad para alinearse o alternarse, dos electrones pueden estabilizar magnéticamente una dirección; sin embargo, la presencia de una tercera rueda altera este equilibrio y da como resultado un "imán frustrado" inestable.

El líquido de espín cuántico resultante muestra algunos fenómenos cuánticos interesantes, incluida la superposición cuántica, que permite que los átomos existan en varios estados simultáneamente, y el entrelazamiento, que permite que los átomos se afecten entre sí a través de grandes distancias e incluso "teletransporten" información. La construcción de computadoras cuánticas que deberían ser más resistentes a las interferencias externas puede beneficiarse de ambas cosas.

La autora principal del estudio, Giulia Semeghini, explica: "Mostramos los primeros pasos sobre cómo crear este qubit topológico, pero aún tenemos que demostrar cómo se puede codificarlo y manipularlo". "Hay mucho más que investigar ahora".