Física de partículas en un simulador cuántico

Investigación UPV/EHU

En 2012 el Grupo QUTIS de la UPV/EHU publicó en Physical Review Letters una novedosa propuesta teórica para reproducir colisiones de partículas como las de los grandes aceleradores sin necesidad de utilizar esas impresionantes infraestructuras. Ahora, con la colaboración del laboratorio de del profesor Kihwan Kim de la Universidad de Tsinghua, en Pekín (China), han confirmado la validez de la propuesta en un simulador cuántico de iones atrapados.

En los grandes laboratorios de física de partículas del mundo disponen de imponentes aceleradores de hasta, como es el caso del CERN, 27 kilómetros de circunferencia. En esos aceleradores se llevan a cabo costosísimos experimentos para estudiar la creación y aniquilación de la materia. ¿Sería posible simular esas colisiones en pequeños experimentos encima de la mesa? El Grupo QUTIS que dirige en la UPV/EHU el profesor Ikerbasque Enrique Solano planteó en 2011 una propuesta teórica que siete años después han podido verificar en el laboratorio de iones atrapados del profesor Kihwan Kim, de la Universidad de Tsinghua.

“Pusimos en marcha un teatro cuántico, en el que las partículas se comportan como actores en un simulador cuántico, es decir, unas imitan a otras para diversos fines”, explica el profesor Enrique Solano. Tuvo un aspecto lúdico, pero también muy práctico, ya que estos experimentos conllevarían en un futuro un ahorro de dinero y serían, además, pruebas controladas imposibles de calcular en los ordenadores convencionales. “Hemos conseguido imitar cómo la materia (representada por fermiones, uno de los dos tipos de partículas elementales que existen en la naturaleza) y la antimateria (antifermiones) se crea y se destruye, usando láseres, átomos cargados (iones) y trampas atómicas. Es decir, hemos simulado una física muy similar a la de los grandes aceleradores en un simulador cuántico de iones atrapados”, añade el director del grupo QUTIS.

Referencias:

Casanova, J., Mezzacapo, A., Lamata, L. & Solano, E. Quantum simulation of interacting Fermion lattice models in trapped ions. Phys. Rev. Lett. 108, 190502 (2012)

Xiang Zhang, Kuan Zhang, Yangchao Shen, Shuaining Zhang, Jing-Ning Zhang, Man-Hong Yung, Jorge Casanova, Julen S. Pedernales, Lucas Lamata, Enrique Solano & Kihwan Kim (2018) Experimental quantum simulation of fermion-antifermion scattering via boson exchange in a trapped ion. Nature Communications 9, 195 DOI: 10.1038/s41467-017-02507-y

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa

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