Investigadores de la Universidad RPTU de Kaiserslautern-Landau han simulado una unión de Josephson utilizando átomos ultrarríos, revelando efectos cuánticos clave ocultos previamente en superconductoras. Al separar condensados de Bose-Einstein con una barrera láser móvil, observaron pasos de Shapiro, confirmando la universalidad del fenómeno. Los hallazgos, publicados en Science, conectan sistemas cuánticos atómicos y electrónicos.
Las uniones de Josephson son vitales en tecnologías cuánticas, permitiendo mediciones precisas de voltaje y formando el núcleo de ordenadores cuánticos. Consisten en dos superconductoras separadas por un aislante delgado, pero sus procesos cuánticos son difíciles de observar directamente debido a su escala microscópica.
Para abordar esto, un equipo liderado por Herwig Ott en la Universidad RPTU de Kaiserslautern-Landau utilizó simulación cuántica con átomos ultrarríos. Crearon dos condensados de Bose-Einstein y los dividieron mediante una barrera óptica estrecha generada por un haz láser enfocado. Al mover periódicamente esta barrera, imitaron el efecto de la radiación de microondas en una unión de Josephson tradicional.
El experimento produjo claros pasos de Shapiro: mesetas de voltaje cuantizadas en múltiplos de la frecuencia de excitación. Estos pasos, que sustentan el estándar global de voltaje, aparecieron en el sistema atómico tal como en los dispositivos superconductoras. «En nuestro experimento, fuimos capaces de visualizar las excitaciones resultantes por primera vez. El hecho de que este efecto aparezca ahora en un sistema físico completamente diferente —un conjunto de átomos ultrarríos— confirma que los pasos de Shapiro son un fenómeno universal», afirmó Ott.
El estudio, realizado con los teóricos Ludwig Mathey de la Universidad de Hamburgo y Luigi Amico del Technology Innovation Institute en Abu Dhabi, demuestra cómo la simulación cuántica descubre física oculta. Como explicó Ott: «Un efecto cuántico mecánico de la física del estado sólido se transfiere a un sistema completamente diferente —y sin embargo su esencia permanece la misma. Esto construye puentes entre los mundos cuánticos de los electrones y los átomos».
Erik Bernhart, quien llevó a cabo los experimentos durante su investigación doctoral, resaltó el potencial futuro: «Tales circuitos son particularmente adecuados para observar efectos coherentes, es decir, efectos como ondas». El equipo aspira a conectar múltiples uniones atómicas en circuitos para atomtrónica, permitiendo la observación directa del comportamiento cuántico atómico, a diferencia de los movimientos electrónicos elusivos en sólidos.
Publicado en Science (2025; 390 (6778): 1130), el trabajo avanza la comprensión de la universalidad cuántica y aplicaciones en campos como la magnetoencefalografía para imágenes cerebrales.
