Consiguen, por primera vez, colocar miles de moléculas en un único estado cuántico

Ahora, gracias al trabajo de un equipo de investigadores de la Universidad de Chicago, ese objetivo está un poco más cerca de convertirse en realidad. En un artículo recién publicado en ' Nature ', en efecto, el profesor de Física Cheng Chin y sus colegas muestran cómo han conseguido llevar varias moléculas a la vez a un único estado cuántico, uno de los más importantes objetivos de la Física.

«La gente lleva décadas intentando hacer esto, así que estamos muy emocionados -dice Chin, que lleva detrás de este objetivo desde la década de 1990-. Espero que esto pueda abrir nuevos campos en la química cuántica. Hay pruebas de que hay muchos descubrimientos esperando por ahí».

Uno de los estados esenciales de la materia es el llamado condensado de Bose-Einstein : cuando un grupo de partículas enfriadas hasta casi el cero absoluto comparten un estado cuántico, todo el grupo comienza a comportarse como si fuera un solo átomo. Es algo así como conseguir que toda una banda de música marche completamente al paso mientras toca; difícil de lograr, pero cuando se consigue, se abre un mundo completamente nuevo de posibilidades.

Desde hace ya unas décadas, los científicos han conseguido hacer esto con átomos suelto s, pero el gran objetivo era poder hacerlo con moléculas, mucho más complejas. Tal avance podría servir como base para muchas formas de tecnología cuántica que hoy resultan inaccesibles.

Dado que las moléculas son más grandes que los átomos y tienen muchas más partes móviles, la mayoría de los intentos de ponerlas en un mismo estado cuántico han terminado fracasando . «Los átomos son objetos esféricos simples -explica Chin-, mientras que las moléculas pueden vibrar, rotar o transportar pequeños imanes. Debido a que las moléculas pueden hacer tantas cosas diferentes, resultan mucho más útiles pero, al mismo tiempo, mucho más difíciles de controlar».

Para conseguir lo que parecía imposible, Chin y su grupo llevaron a cabo una serie de mejoras en su laboratorio. Lo primero fue ser capaces de enfriar aún más el sistema, hasta apenas 10 nanokelvins , (-273,1 grados) una temperatura que está justo por encima del cero absoluto (-273 grados).

Después, colocaron las moléculas sobre una superficie bidimensional para limitar sus movimientos. En palabras de Chin, «por lo general, las moléculas tienden a moverse en todas direcciones, y si lo permites, resultan mucho menos estables. De modo que confinamos a las moléculas sobre una superficie en 2D para que solo pudieran moverse en dos direcciones».

El resultado fue un conjunto de moléculas prácticamente idénticas, alineadas con exactamente la misma orientación y la misma frecuencia vibratoria. Es decir, en el mismo estado cuántico .

Los investigadores describen este condensado molecular como una hoja prístina de nuevo papel de dibujo para ingeniería cuántica. «Es el punto de partida ideal absoluto- dice Chin-. Por ejemplo, si desea construir sistemas cuánticos para contener información, necesita una pizarra limpia para escribir antes de poder formatear y almacenar esa información». Las posibilidades, dicen los investigadores, son realmente inmensas.

Por el momento , el equipo de físicos ha podido unir unos pocos miles de moléculas en tal estado y están apenas empezando a explorar todo su su potencial.

«En la forma tradicional de pensar de la química -prosigue el investigador- , uno imagina algunos átomos y moléculas que chocan y forman una nueva molécula. Pero en el régimen cuántico, todas las moléculas actúan juntas, en un comportamiento colectivo. Esto abre una forma completamente nueva de explorar cómo las moléculas pueden reaccionar juntas para convertirse en un nuevo tipo de molécula. Este ha sido uno de mis objetivos desde que era estudiante, así que estamos muy, muy contentos con este resultado».