El investigador de la Universidad de Rice, Xinwei Li, con el espectrómetro de terahercios que luego utilizó para medir el entrelazamiento cuántico de los electrones que fluyen en el interior del metal raro. Foto: Jeff Fitlow/Rice University.
Un equipo internacional de científicos ha creado un así llamado “metal raro” que contiene en su interior un espectacular yacimiento de miles de millones de electrones en estado de entrelazamiento cuántico.
El entrelazamiento cuántico es una propiedad única de las partículas elementales: una vez han estado entrelazadas, cualquier cambio en una de ellas se manifestará instantáneamente en la otra, aunque estén separadas por miles de kilómetros de distancia.
El entrelazamiento cuántico es la base para el almacenamiento y el procesamiento de la información cuántica, pero no es fácil de conseguir: está expuesto a una serie de limitaciones para que pueda ser aprovechado por las tecnologías cuánticas, que se están extendiendo rápidamente por el tejido económico.
El hecho de que un nuevo material extraño ofrezca espontáneamente electrones en entrelazamiento cuántico impulsará el desarrollo de las comunicaciones cuánticas, la computación cuántica, los simuladores cuánticos, la detección cuántica, la óptica cuántica, la fotónica y la superconductividad, entre otras.
Materiales raros
Los metales raros se llaman así porque su resistencia eléctrica se comporta de manera muy extraña y ofrecen una especial superconductividad, que es la capacidad de conducir la corriente eléctrica sin perder energía cuando se reúnen determinadas condiciones.
Muchos materiales tienen que enfriarse a casi el cero absoluto (la temperatura más baja que se puede conseguir, -273.15°C) para que la corriente eléctrica fluya sin resistencia, mientras que otros materiales tienen propiedades superconductoras a temperaturas más altas.
Los metales raros están estrechamente relacionados con los superconductores que funcionan a temperaturas más altas: muestran una relación entre temperatura y resistencia completamente diferente a la de los metales simples, como el cobre o el oro.
El entrelazamiento cuántico es una propiedad única de las partículas elementales: una vez han estado entrelazadas, cualquier cambio en una de ellas se manifestará instantáneamente en la otra, aunque estén separadas por miles de kilómetros de distancia.
El entrelazamiento cuántico es la base para el almacenamiento y el procesamiento de la información cuántica, pero no es fácil de conseguir: está expuesto a una serie de limitaciones para que pueda ser aprovechado por las tecnologías cuánticas, que se están extendiendo rápidamente por el tejido económico.
El hecho de que un nuevo material extraño ofrezca espontáneamente electrones en entrelazamiento cuántico impulsará el desarrollo de las comunicaciones cuánticas, la computación cuántica, los simuladores cuánticos, la detección cuántica, la óptica cuántica, la fotónica y la superconductividad, entre otras.
Materiales raros
Los metales raros se llaman así porque su resistencia eléctrica se comporta de manera muy extraña y ofrecen una especial superconductividad, que es la capacidad de conducir la corriente eléctrica sin perder energía cuando se reúnen determinadas condiciones.
Muchos materiales tienen que enfriarse a casi el cero absoluto (la temperatura más baja que se puede conseguir, -273.15°C) para que la corriente eléctrica fluya sin resistencia, mientras que otros materiales tienen propiedades superconductoras a temperaturas más altas.
Los metales raros están estrechamente relacionados con los superconductores que funcionan a temperaturas más altas: muestran una relación entre temperatura y resistencia completamente diferente a la de los metales simples, como el cobre o el oro.
Fluctuaciones cuánticas
La nueva investigación ha determinado ahora que la resistencia eléctrica que presentan los metales raros no está causada por el movimiento térmico de los átomos, como ocurre con los otros metales, sino por determinadas fluctuaciones cuánticas.
Lo han descubierto al crear un nuevo tipo de metal raro, compuesto por iterbio, rodio y silicio (YbRh2Si2), y observar su comportamiento electrónico y magnético: en su interior los electrones se agrupan como una unidad, y no como unidades separadas, tal como lo hacen en otros metales. Y cuando el metal alcanza una temperatura crítica, este metal experimenta una transición de fase cuántica.
En ese momento, miles de millones de electrones adoptan espontáneamente el entrelazamiento cuántico y lo convierten en un metal crítico-cuántico, otorgando a YbRh2Si2 una superconductividad excelente.
Según los investigadores, este descubrimiento demuestra el papel del entrelazamiento en la criticidad cuántica, el momento preciso en el que un material cuántico cambia de fase cuando alcanza la temperatura crítica.
Confirman así que la criticidad cuántica impulsa la superconductividad a alta temperatura y que este descubrimiento puede conducir al desarrollo de la computación cuántica y de otras tecnologías cuánticas.
La nueva investigación ha determinado ahora que la resistencia eléctrica que presentan los metales raros no está causada por el movimiento térmico de los átomos, como ocurre con los otros metales, sino por determinadas fluctuaciones cuánticas.
Lo han descubierto al crear un nuevo tipo de metal raro, compuesto por iterbio, rodio y silicio (YbRh2Si2), y observar su comportamiento electrónico y magnético: en su interior los electrones se agrupan como una unidad, y no como unidades separadas, tal como lo hacen en otros metales. Y cuando el metal alcanza una temperatura crítica, este metal experimenta una transición de fase cuántica.
En ese momento, miles de millones de electrones adoptan espontáneamente el entrelazamiento cuántico y lo convierten en un metal crítico-cuántico, otorgando a YbRh2Si2 una superconductividad excelente.
Según los investigadores, este descubrimiento demuestra el papel del entrelazamiento en la criticidad cuántica, el momento preciso en el que un material cuántico cambia de fase cuando alcanza la temperatura crítica.
Confirman así que la criticidad cuántica impulsa la superconductividad a alta temperatura y que este descubrimiento puede conducir al desarrollo de la computación cuántica y de otras tecnologías cuánticas.
Referencia
Singular charge fluctuations at a magnetic quantum critical point. L. Prochaska et al. Science 17 Jan 2020: Vol. 367, Issue 6475, pp. 285-288. DOI: 10.1126/science.aag1595
Singular charge fluctuations at a magnetic quantum critical point. L. Prochaska et al. Science 17 Jan 2020: Vol. 367, Issue 6475, pp. 285-288. DOI: 10.1126/science.aag1595