Nueva trampa de iones maneja iones pesados para simulación cuántica

La primera versión del dispositivo brilló. Fabricado a partir de un bloque de sílice fundida, se iluminó en el vacío en cuanto se aplicó la alta tensión de radiofrecuencia, señal de que el calor y la electricidad estaban mal gestionados. Abhishek Menon, estudiante de posgrado en la Universidad Rice y autor de correspondencia del estudio, calificó ese primer fracaso de «prometedor e informativo». La trampa solo resultó viable en su tercera generación.

Los simuladores de iones atrapados mantienen en su lugar una fila de átomos cargados, o iones, mediante campos eléctricos dentro de una trampa de iones. Los láseres hacen que los iones interactúen para imitar un sistema cuántico elegido por los investigadores, y la información que codifican los iones revela las propiedades de ese sistema. Esto es importante para sistemas tan complejos que incluso los supercomputadores más potentes tienen dificultades para simularlos. Las trampas de iones se habían dividido durante mucho tiempo en dos bandos. Las trampas de electrodos en forma de cuchilla ofrecen alto rendimiento, pero se ensamblan a mano, lo que limita su precisión geométrica y dificulta su reproducción. Las trampas microfabricadas en chip son precisas y fáciles de reproducir, pero en muchos aspectos rinden menos. Las trampas tridimensionales monolíticas pretendían combinar ambas ventajas, pero hasta ahora solo podían trabajar con iones ligeros, como el calcio.

El diseño del equipo está orientado a iones más pesados, como el iterbio. Los canales para los iones y las ranuras para los electrodos se tallaron en el vidrio con láseres y productos químicos, y después la trampa se recubrió con oro depositado por pulverización catódica. Las ranuras aíslan los electrodos, lo que evita que se cortocircuiten durante el recubrimiento y que sufran una ruptura dieléctrica, un fallo eléctrico, bajo alta tensión en el vacío. La tercera generación incorporó un disipador de calor más eficaz para evacuar el calor, redujo el micromovimiento axial de los iones y empleó un tratamiento superficial basado en plasma para contribuir a disminuir las tasas de calentamiento de los iones. Lo más difícil fue equilibrar una separación mayor entre iones, una tensión baja y un calentamiento aceptable sin perder las cualidades que hacen útil la trampa en el laboratorio.

Las trampas se probaron individualmente en el laboratorio de Pagano y en la Universidad Duke. El equipo confirmó que funcionaban como estaba previsto y que su comportamiento coincidía con las simulaciones informáticas anteriores. Se trata de mediciones propias del equipo, publicadas en Physical Review Applied; el informe no cita ningún grupo independiente que las haya repetido.

Los beneficiarios inmediatos son los laboratorios académicos. Roman Zhuravel, autor principal y profesor asistente de investigación en el laboratorio de Pagano, afirmó que la trampa monolítica hace que los simuladores de iones atrapados sean «más accesibles para los laboratorios académicos». Los investigadores pueden simplificar un problema cuántico difícil hasta convertirlo en uno que sepan resolver y, después, trasladar el resultado al problema mayor. El ejemplo de Pagano es la transferencia de carga en la fotosíntesis. El informe no ofrece un calendario para una disponibilidad más amplia ni un precio, y no menciona ningún cliente comercial; Translume Inc. aparece únicamente como colaboradora.