Descubrimiento de una fase de materia 2D desafía las leyes de la mecánica estadística

MadridFísicos del Laboratorio Cavendish en Cambridge han logrado un avance notable al crear un vidrio de Bose bidimensional, una fase única de la materia que desafía las leyes de la mecánica estadística. Este descubrimiento, publicado en la revista Nature, podría impulsar el desarrollo de la computación cuántica, ya que las partículas en este estado permanecen en un lugar fijo.

Puntos clave sobre el vidrio de Bose:

El vidrio de Bose es un estado de la materia que aparece en ciertos sistemas desordenados a bajas temperaturas, donde los bosones quedan atrapados en un tipo de "jaula potencial" creada por el desorden. Este estado impide la formación de un condensado de Bose-Einstein y presenta una transición única entre el superfluido y el aislamiento. Además, el vidrio de Bose se caracteriza por su comportamiento irregular y su resistencia ante fluctuaciones externas.

• Presenta propiedades similares al vidrio donde las partículas están localizadas.
• Creado mediante la superposición de haces láser que forman un patrón quasi-periódico.
• Utiliza átomos ultrafríos enfriados a temperaturas de nanokelvin.
• No es ergódico, lo que significa que conserva información detallada sobre las condiciones iniciales.
• Potencial para aplicaciones en computación cuántica debido a la reducción de la decoherencia.

Átomos ultrafríos, casi al cero absoluto, fueron atrapados en una estructura creada al superponer varios haces de láser. Esta estructura tenía un patrón único que no se repetía, pero demostraba un orden a largo plazo. El resultado fue un sistema en el que las partículas permanecían en posiciones fijas.

El vidrio de Bose no se comporta como los sistemas normales en mecánica estadística, donde las condiciones iniciales suelen olvidarse con el tiempo. Esta característica es crucial para la computación cuántica. En sistemas localizados como el vidrio de Bose, la información cuántica puede perdurar mucho más, ya que los estados cuánticos permanecen aislados y no se mezclan con su entorno, disminuyendo el riesgo de decoherencia.

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El profesor Ulrich Schneider, quien lideró el estudio, destaca que poder examinar este sistema directamente es un gran avance. Normalmente, es difícil modelar grandes sistemas cuánticos debido a su complejidad. Sin embargo, el ejemplo real del Bose glass en 2D permite a los científicos observar su comportamiento y dinámica directamente.

El vidrio de Bose experimenta una clara transición hacia un estado superfluido, lo cual resulta muy interesante. La superfluidez permite que las partículas se desplacen sin fricción. Este cambio pone de relieve el complejo diagrama de fases que los investigadores pueden estudiar y utilizar para el desarrollo de nuevos materiales y dispositivos cuánticos.

El descubrimiento es emocionante, pero aún hay mucho que no sabemos. La termodinámica y el movimiento del vidrio de Bose necesitan más estudio. Los investigadores creen que esta nueva fase tiene potencial, pero hay muchas preguntas por responder antes de que se pueda utilizar de manera práctica.

Este hallazgo representa un avance significativo en la física de la materia condensada, abriendo nuevas perspectivas para el estudio de sistemas no ergódicos y el mejoramiento de la tecnología cuántica.