trampa de iones

En una cámara de gas donde normalmente se registran electrones rápidos, de pronto empezaron a circular portadores de carga lentos: iones negativos. Se mueven como porteadores pesados que no se dispersan hacia los lados, sino que avanzan en formación cerrada.

Al canario no se lo llevaba a la mina por su canto. El pájaro caía de la percha antes de que el minero notara el monóxido de carbono. En el vacío ultraalto, el papel del canario lo desempeña una nube de cien mil átomos de litio o rubidio.

En la cámara oscura de la trampa, miles de partículas cargadas danzan bajo los campos eléctricos. Al principio se mueven libremente, como una multitud en una plaza, pero en cuanto se enfría la nube, la danza se ralentiza: los iones empiezan a sentirse entre sí, sus pasos se vuelven rígidos.

Capturar la luz partícula a partícula es como oír un susurro en una fábrica atronadora. Una cámara con multiplicación electrónica (EMCCD) hace precisamente eso: convierte un solo fotón que llega a un píxel en una avalancha de electrones que ya se puede medir.

Una peonza magnética que no se cae. Una pequeña esfera de granate de hierro-itrio flota en el aire, sostenida por fuerzas invisibles. No es un truco, sino una trampa de Paul magnética: un campo magnético alterno que cambia rápidamente de dirección y evita que la esfera caiga, como un malabarista que lanza pelotas al aire. La esfera vibra, pero no cae.

El campo magnético mantiene una partícula diminuta en el aire, como un compañero de baile invisible. Un ajuste especial del campo crea una trampa con dos «posiciones». En el mundo ordinario, el bailarín ocupa solo una, pero en el cuántico, ambas a la vez. Los físicos han logrado esto para motas de polvo que pesan billonésimas de gramo.

Un láser no es solo luz. Si haces que una partícula oscile como un péndulo y esas oscilaciones se autoalimentan, obtienes un láser fonónico. Suena complicado, pero la idea es simple: en lugar de ondas de luz, el dispositivo emite ondas mecánicas regulares: fonones. En el nuevo trabajo, ese "péndulo" es un único ion de calcio atrapado en una trampa electromagnética.

Un ordenador cuántico se parece a una orquesta donde cada ion es un músico y los pulsos láser son las batutas del director. Pero basta con que alguien susurre en la sala para que la delicada melodía de los estados cuánticos se desafine.

Un simulador cuántico de trampas de iones se parece a una orquesta donde cada ion es un músico y el bus de fonones (las vibraciones colectivas) es el director que transmite las señales. Mientras todos tocan la misma melodía, todo va bien.

En el diamante, como en cualquier cristal, aparecen defectos —nodos vacíos o átomos extraños. Al capturar un electrón, brillan o se magnetizan, algo muy valioso para los dispositivos cuánticos.

Cientos de peonzas están en un carrusel. Cada una gira por su cuenta, pero además todo el carrusel rota. La tarea es tocar cualquier peonza y girar su eje mientras pasa.

Una multitud está encerrada en un estrecho pasillo entre dos hileras de espejos. De vez en cuando alguien empuja con fuerza la pared y un rumor recorre el pasillo: así, en el plasma de los cúmulos de galaxias aparecen ondas de silbido y ondas ion-ciclotrón.

Un secador de pelo potente que no sopla aire caliente, sino plasma incandescente: así son los túneles aerodinámicos de plasma. Se utilizan para probar en la Tierra cómo una nave espacial entrará en la atmósfera.

La luz en una fibra óptica viaja por el núcleo sin apenas escapar al exterior. Pero si uno se acerca mucho, puede sentir un leve temblor del campo en la superficie: la onda evanescente.

Un cristal plano de átomos cargados, suspendidos en una trampa electromagnética, funciona como un estanque perfectamente liso. El más mínimo soplo produce ondas en su superficie. Este «estanque» capta los chapoteos de partículas de materia oscura y ondas del espacio-tiempo: ondas gravitacionales de alta frecuencia.

Los físicos intentan escuchar un susurro en una habitación ruidosa. Construyen una cabina insonorizada, pero incluso en ella, la propia respiración y los latidos del corazón crean interferencias. Así se buscan los indicios de la gravedad cuántica: quieren ver cómo la fuerza de la gravedad une dos partículas en un todo único, es decir, las enreda.

En una trampa de campos, los científicos ensamblaron un cristal — 150 iones a temperatura ultrabaja. Cada ion se comporta como un diminuto imán, capaz de girar en cualquier dirección. Controlando fuerzas que dependen de este espín, los físicos hicieron que todos los pequeños imanes se arremolinaran en un remolino común, llamado skyrmion.

En una habitación oscura parpadea una lámpara invisible. Su luz no se parece a la habitual: no tiene un brillo constante, solo ráfagas raras pero potentes. Esto es un vacío comprimido brillante: un estado de la luz en el que no hay una onda ordinaria, pero sí fuertes fluctuaciones cuánticas. Con esa luz, los físicos bombardearon átomos de xenón.

Una lámina de grafeno es una red de átomos de carbono de un átomo de espesor. En ella se ven las más mínimas impurezas, como motas de polvo en los cristales de las gafas. Hace diez años se aprendió a esconder el grafeno entre capas de nitruro de boro, algo así como poner una hoja frágil entre dos trozos de film transparente.

Cuando la luz arranca un electrón de un átomo, este sale disparado como una pelota lanzada entre la multitud. Los científicos llevaban tiempo queriendo saber en qué momento exacto cada electrón abandonaba el átomo, pero la medición directa interfería con el propio proceso. Ahora los físicos han propuesto un método que utiliza un segundo destello de luz para «fotografiar» el momento del nacimiento del electrón.

El haz de iones de carbono golpea con precisión el tumor, como un cirujano que solo ve hasta la piel. Dentro del cuerpo, el haz se detiene, y dónde exactamente era antes un misterio. Ahora, al mismo haz se le añade helio: atraviesa el cuerpo por completo, como una radiografía, y por su rastro se ve a dónde llegó el carbono.

Una computadora cuántica de iones se parece a una lámpara de araña con una docena de colgantes: si tiras de uno, todos se balancean. Cada ion es un qubit, pero cuando hay muchos, sus oscilaciones conjuntas saturan el escenario. Cualquier acción sobre un par afecta a los vecinos y el cálculo se echa a perder. Los autores encontraron la manera de empujar los iones de lado, no de frente.

Las moléculas ultrafrías son un material prometedor para la computación cuántica, pero reunirlas en un arreglo ordenado, como huevos en una caja, no es tarea fácil. Se ha propuesto un método para cargar moléculas una a una en pinzas ópticas o redes directamente desde el gas.

La punta de un microscopio de efecto túnel se acerca tanto a la superficie de un cristal que entre ambos salta una corriente eléctrica. Los electrones de la aguja se inyectan en un semiconductor estratificado y caen en una vacante atómica: un lugar donde falta un átomo en la red.

El detector de materia oscura es como una habitación donde intentan escuchar un susurro, mientras cerca crepita la electricidad estática. Este crepitar lo producen los átomos de radón, un gas radiactivo que se filtra de los materiales y del aire.

Un imán ordinario hace girar la aguja de una brújula, pero no le impide avanzar. Pero si el campo magnético se retuerce formando un nudo, puede encerrar a la partícula en su lugar, como una trampa. Este fenómeno se llama «jaula de Aharonov-Bohm»: las ondas de la partícula se cancelan entre sí en unos puntos y se refuerzan en otros, dejándole solo diminutos «islotes» donde vivir.

Tres átomos de iterbio cargados están dispuestos en triángulo dentro de una trampa electromagnética. Normalmente, todos se comunican entre sí, como tres personas en una misma mesa que no dejan de intercambiar comentarios. Pero si uno de ellos pasa a la habitación contigua, la conversación continúa entre los dos que quedan.

Un ion de calcio en una trampa magnética se asemeja a una bolita que no deja de temblar por el calor. Para lograr que se quede quieta, los físicos suelen dispararle con láseres desde distintos lados. Pero en el nuevo experimento bastó con un solo rayo dirigido a lo largo del eje de la trampa.

El plasma caliente es como una bandada de luciérnagas veloces que se agitan dentro de un frasco. Mantenerlo en una trampa magnética abierta es como tratar de que las luciérnagas no toquen las paredes. Un nuevo modelo computacional muestra cómo hacerlo con mayor precisión.

Un balón de fútbol golpeado con efecto no vuela en línea recta, sino que curva su trayectoria hacia un lado. Algo similar ocurre con un rayo de luz cuando se enfoca intensamente: comienza a empujar el átomo no solo hacia adelante, sino también hacia un lado. Los físicos han medido este desplazamiento en un solo ion de calcio atrapado en una trampa de luz.

Un telescopio de rayos X capta la luz del gas incandescente que rodea a las estrellas, pero esa luz llega "borrosa", como una voz a través de una mala conexión telefónica. Para entender las palabras, se necesita un diccionario de frecuencias exactas a las que brillan los átomos.

Un ion individual de calcio flota en una trampa de vacío, sostenido por campos eléctricos, como un guisante en un cuenco invisible. A su alrededor hay dos espejos que forman una cavidad óptica: la luz rebota entre ellos, intensificando la interacción con el ion.

En las frías y tenues nubes del espacio, las partículas se encuentran raramente, pero a veces un ion y una molécula neutra pasan lo bastante cerca como para unirse. Al hacerlo, emiten luz, como un destello apagado que se lleva el exceso de energía. Este proceso se llama asociación radiativa y es responsable de la formación de muchas moléculas en el espacio interestelar.

Cinco átomos de calcio cargados flotan en una trampa, sostenidos por campos eléctricos. El enfriamiento por láser les quita el exceso de energía y se alinean formando una diminuta pirámide de base cuadrada. Pero esta pirámide no permanece estática: de vez en cuando se voltea, como si alguien la lanzara al aire y la atrapara boca abajo.

La comunicación cuántica habitual se parece al correo postal que envía cartas una por una. Si el camino es largo, hay que esperar una eternidad para recibir respuesta. Los físicos aceleraron el proceso lanzando diez «camiones postales» —pulsos de luz— a la vez por una fibra óptica, pero en diferentes ventanas temporales.

Un ион solitario en una trampa vibra como un columpio, y cada oscilación introduce un error en los cálculos cuánticos. Tradicionalmente, la vibración se suprime enfriando casi hasta el cero absoluto, lo cual es voluminoso y costoso.

Dos péndulos en la misma pared, si se balancean desfasados, al cabo de una hora ya marchan al unísono. Esa sincronización la observó ya Christiaan Huygens en 1665, mirando los relojes de su taller. Hoy su observación se repite en el laboratorio, pero con un matiz: los péndulos no son de madera, sino cuánticos.