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Las mejores dispositivos del futuro podrían crearse usando lo que esencialmente son los refrigeradores que funcionan a nivel atómico.

El nivel de control sobre la materia que los científicos están desarrollando servirá para crear objetos ultrafríos  también puede ser usado para crear enteramente nuevos estados de la materia y  superpoderosos ordenadores cuánticos, agregaron los investigadores.

Los científicos rutinariamente enfrían la materia unas pocas millonésimas de grado sobre el cero absoluto, la temperatura más baja posible en teoría, que corresponde a menos 273.15 grados Celsius. Sin embargo, les gustaría alcanzar temperaturas más frías, para entender mejor otros fenómenos extremos, como la superconductividad, en la que los electrones se desplazan sin resistencia a través de objetos.

Ahora los físicos revelan una nueva forma de lograr materia ultrafría, con una idea similar a la forma en que trabajan los frigoríficos. Bombear un fluido conocido como refrigerante en la zona que se están enfriando. Este líquido absorbe el calor. El refrigerante se bombea a un lugar donde se vuelca este calor.

Átomos fríos

En primer lugar, los investigadores enfrían los átomos de rubidio con láser. Cuando se configura correctamente, estos rayos pueden obligar a los átomos a brillar de una manera que les hace emitir más energía que la que absorben, lo que los hace más fríos.

Cuando los átomos emiten la luz como resultado de ser «golpeados» con el láser, este ejerce una ligera presión sobre ellos. Los científicos tomaron ventaja de  que la presión controla los átomos, ya sea manteniéndolos en su lugar o en movimiento a su alrededor, a veces, se originan colisiones. [ Wacky Física: The Coolest Little Particles]

Luego, los investigadores hicieron que los átomos aún se enfriaran más con refrigeración por evaporación, en la cual la materia se enfría casi de la misma forma que una taza de café pierde su calor – los átomos más calientes se dejan evaporar, dejando atrás a los más fríos.

Finalmente, los investigadores utilizaron redes de láser que  se conocen como «redes ópticas.» Cuando dos átomos se hacen colisionar dentro de la red óptica, las excitaciones de una suprimen las excitaciones de la otra, un fenómeno llamado «bloqueo de excitación orbital.» Los átomos excitados se retiran del sistema –  eliminando entropía, cantidad de energía disponible para el trabajo – por lo tanto causando que los átomos restantes se enfríen.

En experimentos con átomos de rubidio en redes ópticas, los físicos demostraron con éxito que se podría eliminar la entropía de los átomos mediante el bloqueo de la excitación orbital. En principio, se pueden alcanzar temperaturas de 10 a 100 veces más frías que se logra actualmente, a temperaturas de decenas a centenas de una mil millonésima de grado sobre el cero absoluto. Sin embargo, lo más probable la necesidad de láseres de longitudes de onda  superior, para lograrlo en la vida real, dijo el investigador Markus Greiner,  físico de la Universidad de Harvard.

Materia exótica

La investigación podría ayudar a «crear nuevos estados de la materia exóticos, los nunca visto antes», dijo Greiner LiveScience. «¿Quién sabe cuáles pueden ser las propiedades de estos materiales?»

La posibilidad de crear vectores perfecta de átomos también podría ser «un buen punto de partida para una computadora cuántica de propósito general», dijo Greiner. Las computadoras cuánticas explotan la extraña naturaleza de la física cuántica – por ejemplo, cómo las partículas subatómicas efectivamente puede girar en dos direcciones opuestas al mismo tiempo – para ejecutar  l para ciertos problemas los cálculos exponencialmente más rápidamente que un ordenador norma.

La investigación de ordenadores cuánticos ha sido sobre todo sobre los dispositivos diseñados para un tipo específico de problema, pero las redes ópticas podría llevar a la creación de computadoras cuánticas de propósito general que, al igual que las modernas computadoras personales, puede hacer frente a muchos tipos diferentes de problemas.

Los científicos detallaron sus hallazgos en la edición 22 de diciembre de la revista Nature.