Si llevas una taza de café por la habitación de forma lenta y suave, y luego vuelves al mismo lugar, a la bebida no le pasa nada. Pero en el mundo cuántico es diferente: una partícula que completa un círculo similar no regresa exactamente igual. Adquiere un 'extra' esquivo: la fase geométrica, que los físicos llaman fase de Berry. Este añadido depende solo de la forma de la ruta, no del tiempo de viaje.
Hasta ahora, todas las discusiones sobre la fase de Berry se llevaban a cabo como si nuestro café cuántico nunca se enfriara. Pero los sistemas reales siempre intercambian calor y partículas con el entorno, como llevar la taza en una corriente de aire. En el nuevo trabajo, los físicos midieron por primera vez la fase de Berry completa y compleja en un átomo artificial en un chip superconductor, donde las pérdidas no eran una molestia, sino parte del diseño. Resulta que la fase tiene una mitad 'imaginaria' que está directamente relacionada con cuánto se atenúa el estado cuántico en el camino.
El experimento se realizó en un qubit superconductor: una pequeña antena de aluminio sobre un sustrato de silicio, enfriada a milésimas de grado por encima del cero absoluto. Mediante pulsos de microondas, el qubit se 'condujo' por trayectorias cerradas en el espacio de sus parámetros internos, y una resistencia añadida deliberadamente sirvió como fuga de energía controlada. Midiendo el estado del qubit al final de cada vuelta, los científicos extrajeron ambas partes de la fase, la real y la imaginaria, y mostraron que se comportan de manera diferente al cambiar la dirección del recorrido.
La gran sorpresa es que la fase imaginaria se puede controlar eligiendo la trayectoria. Al cambiar el bucle por el que se mueve el qubit, los físicos aumentaban o disminuían la atenuación sin tocar el entorno con pérdidas. Es como un esquiador que puede bajar la montaña rápido y con viento, o zigzaguear para alargar el descenso y tener menos frío. Para las tecnologías cuánticas, este truco es valioso: permite realizar operaciones sobre estados frágiles sin temor a que se destruyan antes de tiempo.
La idea misma de la fase geométrica en mecánica cuántica no se comprendió hasta 1984, aunque matemáticamente se había predicho ya en la década de 1950. Y en el mundo clásico, un análogo de la fase de Berry es el péndulo de Foucault, cuyo plano de oscilación rota debido a la rotación de la Tierra.
En la novela 'Anatema' de Neal Stephenson, los estados cuánticos se utilizan para realizar cálculos en universos paralelos; las fases geométricas con pérdidas controladas podrían ser allí el 'timón' para navegar entre las ramas de la realidad.