Los espines de los electrones, pequeñas propiedades magnéticas de los átomos que pueden almacenar información, pueden protegerse de la decodificación (perder su estado cuántico) de manera mucho más efectiva de lo que se pensaba anteriormente, simplemente aplicando campos magnéticos bajos.
Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalem y la Universidad de Cornell revela un nuevo y poderoso método para suprimir significativamente la decoherencia del espín en los gases metálicos alcalinos, lo que podría revolucionar la detección cuántica y las tecnologías de la información.
Los hallazgos demuestran una reducción de un orden de magnitud en las tasas de relajación del espín a campos magnéticos bajos.
El estudio fue liderado por Mark Dikopoltsev y Avraham Berrebi, bajo la supervisión del Prof. Uriel Levy, del Instituto de Física Aplicada y el Centro de Nanociencia y Nanotecnología de la Universidad Hebrea, y el Prof. Or Katz, de la Universidad de Cornell.
La decoherencia del espín, el proceso por el cual la información cuántica del espín se pierde debido a las interacciones ambientales, es un obstáculo clave en el desarrollo de las tecnologías cuánticas.
Esta investigación examinó específicamente la decoherencia de los espines calientes de cesio, que se ven afectados principalmente por las interacciones espín-rotación durante las colisiones con moléculas de nitrógeno y mediante la absorción de luz casi resonante.
El equipo demostró que estos efectos de decoherencia pueden suprimirse drásticamente mediante la aplicación de campos magnéticos bajos, logrando una reducción de un orden de magnitud en las tasas de relajación del espín. Esta supresión se extiende más allá de los regímenes previamente conocidos, como la relajación sin intercambio de espín (SERF), lo que demuestra que los campos magnéticos también pueden controlar los mecanismos que relajan los espines de los electrones, en lugar de simplemente conservarlos.
“Nuestros resultados muestran que los campos magnéticos bajos no solo son útiles para evitar la decoherencia de las interacciones aleatorias que conservan el espín”, dijo Dikopoltsev. “Pueden suprimir activamente los procesos de relajación más dañinos, lo que nos brinda una poderosa herramienta para preservar la coherencia del espín”.
Este descubrimiento mejora la comprensión fundamental de la dinámica del espín y proporciona nuevas estrategias para controlar los estados cuánticos en vapores atómicos calientes. Sienta las bases para futuros avances en relojes atómicos, memoria cuántica, magnetometría y otras tecnologías en las que los tiempos de coherencia de espín prolongados son críticos.
El artículo de investigación titulado “Suppressing the Decoherence of Alkali-Metal Spins at Low Magnetic Fields”, ya está disponible en Physical Review Letters.
Investigadores:
Mark Dikopoltsev1,2, Avraham Berrebi1, Uriel Levy1 y Or Katz3.
Instituciones:
1) Instituto de Física Aplicada, Facultad de Ciencias, Centro de Nanociencia y Nanotecnología, Universidad Hebrea de Jerusalem.
2) Rafael Ltd.
3) Escuela de Física Aplicada e Ingeniería, Universidad de Cornell.
