Logran acoplar una viga nanoelectromecánica a un cubit superconductor

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Nadie conoce como ocurre la transición entre mecánica cuántica y mecánica clásica conforme el número de grados de libertad de un sistema crece. Cada mecánica tiene su escala, la cuántica, microscópica, la clásica, macroscópica. ¿Qué pasa en la escala intermedia o mesoscópica? Para saberlo lo ideal es estudiar objetos mesoscópicos que presenten propiedades cuánticas y clásicas simultáneamente. ¿Hay objetos (casi) macroscópicos que presenten propiedades cuánticas? LaHaye y sus colegas han dado un paso de gigante para lograrlo acoplando un viga nanomecánica vibrante a un cubit superconductor. Por ahora solo han demostrado que el acoplamiento funciona. ¿Cuándo serán capaces de demostrar que la viga, cual gato de Schrödinger, se encuentra en dos estados vibratorios simultáneos? Tiempo al tiempo. Nos lo cuenta Pertti J. Hakonen, Mika A. Sillanpää, “Condensed-matter physics: Coupled vibrations,” News and Views, Nature 459: 923-924, 18 June 2009. El artículo técnico es M. D. LaHaye, J. Suh, P. M. Echternach, K. C. Schwab, M. L. Roukes, “Nanomechanical measurements of a superconducting qubit,” Nature 459: 960-964, 18 June 2009.

La decoherencia es considerada la clave para entender el proceso de transición entre la física cuántica y la clásica. Lo “cuántico” de un sistema se diluye conforme interactúa con el ruido presente en su entorno (incluso el vacío es suficientemente ruidoso). ¿Cómo reducir este ruido? Trabajando a muy baja temperatura. Los dispositivos superconductores son sistemas macroscópicos dominados por la mecánica cuántica. LaHaye y sus colegas han demostrado que una unión (diodo) Josephson formada por un pequeño corte de pocos nanómetros en un hilo superconductor presenta propiedades parecidas a un átomo cuando interactúa con un campo electromagnético en el régimen de las microondas (como los teléfonos móviles). LaHaye y sus colegas le llaman átomo artificial (en realidad es un bit cuántico o cubit, con sólo dos estados cuánticos bien definidos).

¿Cómo estudiar las propiedades cuánticas de un sistema clásico mesoscópico? Acoplando el sistema mesoscópico a un átomo artificial y “leyendo” sus propiedades cuánticas en este último. LaHaye y sus colegas han estudiado las vibraciones de un resonador nanoelectromecánico (una micropuente de nitruro de silicio con sus extremos fijos capaz de vibrar con una frecuencia de resonancia de 60 MHz) acoplándolo a un átomo artificial (cubit tipo Josephson), gracias a colocarlo a solo 300 nm (nanómetros). Las vibraciones del resonador nanoelectromecánico se pueden medir mediante el cubit (midiendo por ejemplo su capacitancia). Los autores creen que el sistema también opera a la inversa, las modulaciones de las propiedades del cubit afectan a las vibraciones (fonones) del resonador micromecánico. Cuando el cubit se encuentre en un estado de superposición (simultáneamente en 0 y 1), ¿estará el resonador micromecánico en dos estados de vibración simultáneamente?

Un cubit que controla un “gato” de Schrödinger. Cada día más cerca. En menos de una década, este campo de investigación logrará estudiar en laboratorio la transición de lo cuántico a lo clásico.


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