MIGUEL BOYAYANSalto de energía: láser hace que un átomo se infle como un globo cumpleañosMIGUEL BOYAYAN
En una prueba aparentemente sencilla, Marcassa, Valter Aragão do Nascimento y Lucas Caliri aprisionaron con láseres y campos magnéticos una nube de tan sólo 10 mil átomos del elemento químico rubidio, mantenidos a temperaturas bajísimas: alrededor de 10 microKelvin o 10 millonésimas de grado arriba del cero absoluto (-273,15 grados Celsius), cuando las partículas exhiben el más bajo nivel de energía posible. Luego iluminaron los átomos con un láser infrarrojo y otro azul, excitándolos. Este procedimiento transfiere energía al más exterior de sus 37 electrones ?las partículas fundamentales más livianas conocidas, de carga negativa, que orbitan el núcleo, formado por partículas de carga positiva (protones) y neutra (neutrones).
Energizado, el electrón más externo del rubidio salta a una región periférica mucho más distante del núcleo. El alejamiento de este electrón hace que el átomo aumente su tamaño aproximadamente 10 mil veces, midiendo casi una milésima de milímetro (un micrón), con lo cual se vuelve casi del tamaño de una bacteria. El nuevo átomo, inflado como un globo de cumpleaños, recibe el nombre de átomo de Rydberg –en homenaje al físico sueco que lo previó, Johannes Rydberg– y pasa a comportarse de manera sumamente especial. Exhibe una mayor sensibilidad a los campos eléctricos y a los campos magnéticos, lo que le permite interactuar con átomos distantes.
“Estos átomos interactúan a distancias muy grandes [algunos micrones] y así es posible distinguir cada uno de ellos y seleccionar uno en que se desea codificar determinada información”, explica Marcassa. Debidamente manipulados, los conjuntos de dos átomos de Rydberg pueden componer la unidad de información de la computadora cuántica: el bit cuántico o qubit. Esta selectividad, según Marcassa, es ventajosa pues permitiría trabajar al mismo tiempo con informaciones diferentes codificadas en los pares de átomos y otorgarle gran poder de procesamiento al ordenador.
El problema es que en el mundo real no todo funciona como lo prevé la teoría. Al iluminar con láser los 10 mil átomos, los físicos de São Carlos notaron que una pequeña cantidad –del 2% al 3%– alcanzaba un nivel más energético o menos energético que el deseado. “Hay que tener cuidado en caso de que se quiera construir una computadora cuántica usando átomos de Rydberg”, afirma Marcassa, quien describió esos resultados en un artículo publicado en mayo pasado en Physical Review Letters. De acuerdo con el físico, unos pocos átomos en niveles de energía diferentes que el deseado serían suficientes como para obstaculizar el funcionamiento de una computadora cuántica. “Para hacer varias operaciones es necesario tener un control preciso del nivel de energía de los átomos”, explica el investigador de São Carlos.
Afortunadamente, este problema parece tener solución. Agregando un campo eléctrico extra a la trampa, el grupo de la USP logró reducir la proporción de átomos que no alcanza el nivel de energía deseado. Pero los físicos aún no se muestran completamente satisfechos. “Estamos buscando otras salidas”, dice Marcassa. Una de ellas, que se encuentra aún en fase de desarrollo, requiere la aplicación de microondas en una frecuencia cuatro veces mayor que la usada en los hornos de microondas domésticos.
El proyecto
Gases bosónicos y fermiónicos en trampas ópticas (nº 07/03758-0); Modalidad Línea Regular de Auxilio a Proyecto de Investigación; Coordinador Luis Gustavo Marcassa – IFSC-USP; Inversión R$ 404.233,90 (FAPESP)
Artículo científico
NASCIMENTO, V.A. et al. Electric field effects in the excitation of cold Rydberg-atom pairs. Physical Review Letters. v. 102, p. 213.201-1- 213.201-4. 29 may. 2009.
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