Científicos de la Universidad de Innsbruck han descubierto que un gas cuántico fuertemente interactuante puede dejar de absorber energía cuando se le aplica repetidamente pulsos de láser, entrando en un estado estable llamado localización dinámica de muchos cuerpos. Esto desafía las expectativas clásicas de calentamiento inevitable en sistemas impulsados. El hallazgo resalta el papel de la coherencia cuántica en mantener el orden en medio de un forzamiento constante.
Investigadores del grupo de Hanns Christoph Nägerl en el Departamento de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck llevaron a cabo un experimento utilizando un fluido cuántico unidimensional compuesto por átomos fuertemente interactuantes enfriados a solo unos pocos nanokelvin por encima del cero absoluto. Aplicaron luz láser para crear un potencial de red que se encendía y apagaba rápidamente, impulsando efectivamente los átomos de manera repetida. Inicialmente, los átomos absorbían energía como se esperaba, pero después de un corto período, su distribución de momento se congeló y la absorción de energía cinética cesó. El sistema alcanzó un estado de localización dinámica de muchos cuerpos (MBDL), donde la coherencia cuántica y el entrelazamiento de muchos cuerpos impidieron la thermalización y el comportamiento difusivo a pesar de las interacciones y el impulso continuos. «En este estado, la coherencia cuántica y el entrelazamiento de muchos cuerpos impiden que el sistema se thermalice y muestre comportamiento difusivo, incluso bajo un impulso externo sostenido», explicó Nägerl. «La distribución de momento se congela esencialmente y retiene la estructura que tiene». El autor principal, Yanliang Guo, señaló la orden inesperada: «Inicialmente esperábamos que los átomos comenzaran a volar por todas partes. En cambio, se comportaron de una manera sorprendentemente ordenada». Lei Ying, colaborador teórico de la Universidad de Zhejiang, enfatizó el resultado contraintuitivo: «Esto no es lo que esperábamos de manera ingenua. Lo sorprendente es que en un sistema fuertemente impulsado y fuertemente interactuante, la coherencia de muchos cuerpos puede detener claramente la absorción de energía. Esto va en contra de nuestra intuición clásica y revela una estabilidad notable arraigada en la mecánica cuántica». Para probar la robustez, el equipo introdujo aleatoriedad en la secuencia de impulso, lo que rápidamente perturbó la localización. La dispersión de momento se reanudó y la absorción de energía aumentó sin límite, subrayando el papel esencial de la coherencia cuántica. Este descubrimiento, publicado en Science (2025; 389 (6761): 716), tiene implicaciones potenciales para tecnologías cuánticas. Prevenir el calentamiento sigue siendo un desafío clave para simuladores y computadoras cuánticas, que dependen de preservar estados delicados contra la decoherencia. «Este experimento proporciona una forma precisa y altamente ajustable de explorar cómo los sistemas cuánticos pueden resistir la atracción del caos», dijo Guo. El trabajo fue apoyado por el Fondo Austriaco de Ciencia FWF, la Agencia Austriaca de Promoción de la Investigación FFG y la Unión Europea.