La conexión entre una hoja arrugada de papel y tecnología cuántica: un equipo de investigación en el EPFL en Lausana (Suiza) y la Universidad de Konstanz (Alemania) utiliza la topología en la fotónica de microondas para hacer sistemas mejorados de matrices de cavidades acopladas.
Más pequeño, más versátil y más poderoso: un equipo de físicos de Lausana y Konstanz ha desarrollado componentes avanzados de tecnología cuántica en forma de nuevas matrices de cavidad acopladas (CCA). Hecho del compuesto inorgánico niobio nitruro, estos CCA cuentan con una alta inductancia cinética, lo que los hace particularmente adecuados para aplicaciones superconductoras y una plataforma prometedora para qubits optimizados en futuras computadoras cuánticas. También abren nuevas posibilidades para las simulaciones cuánticas, que sirven como sistemas de modelos controlados para estudiar el comportamiento de la materia cuántica más compleja. La topología de los CCA juega un papel essential en su función. El coautor Oded Zilberberg de la Universidad de Konstanz explica cómo esto está conectado al easy acto de arrugarse una hoja de papel.
Una cuestión de topología
Para los físicos cuánticos, la “topología” describe cómo la disposición basic de un sistema influye en sus partes individuales, y cómo los detalles, a su vez, dan forma al todo. Plantea preguntas como: ¿Cómo afectan los alrededores los procesos físicos? ¿Y puede comprender la topología del sistema ayudar a predecir el comportamiento de sus componentes?
Si bien el concepto suena abstracto, puede explicarse con una analogía easy. Imagina una hoja de papel. Si lo arruina en el centro, los pliegues se formarán no solo en el medio sino también a lo largo de los bordes. Ahora, supongamos que solo puede observar los bordes. Si ve las arrugas allí, es possible que el centro también esté arrugado. De esta manera, los bordes proporcionan información sobre el inside invisible.
La investigación de Oded Zilberberg sigue una lógica comparable. En lugar de estudiar pliegues en papel, examina la topología de los fotones, los bloques de luz de la luz elementales, que se mueven dentro de un materials estructurado. Pionero de la fotónica topológica, Zilberberg investiga cómo la estructura international de los sistemas cuánticos afecta su dinámica interna. Su trabajo pregunta si optimizar la topología de un sistema podría mejorar el comportamiento cuántico y si la observación cuidadosa de los límites de un sistema puede revelar la física oculta en su núcleo.
“Medidor de trastorno inspirado en topología”
En un proyecto conjunto con el EPFL, Zilberberg utiliza un enfoque muy comparable al ejemplo del papel arrugado. El desorden dentro de un sistema físico (“a granel”) se extiende a sus bordes (“límites”). El equipo de investigación usó esto para su ventaja en los nuevos CCA. Aunque los físicos no pueden ver directamente en el medio de un sistema, pueden, sin embargo, observar los límites y usar esta información para sacar conclusiones sobre el volumen. Así es como los investigadores detectan el desorden y las interrupciones en los CCA y se aseguran de que funcionen sin problemas. Oded Zilberberg llama a su método un “medidor de trastorno inspirado en la topología”, y este método de medición innovador contribuyó al desarrollo de los CCA nuevos.
