Movimiento controlado en el núcleo de un átomo

Investigadores cuánrticos de la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos) han conseguido provocar un movimiento controlado en el corazón mismo de un átomo. Han conseguido que el núcleo atómico interactúe con uno de los electrones de las capas más externas del átomo. Este electrón se puede manipular y leer a través de la aguja de un microscopio de efecto túnel. La investigación, publicada en Nature Communications, ofrece la posibilidad de almacenar información cuántica en el interior del núcleo, donde está a salvo de perturbaciones externas. Durante semanas, los investigadores estudiaron un solo átomo de titanio. "Un átomo de Ti-47, para ser precisos", explica el líder de la investigación Sander Otte. "Tiene un neutrón menos que el Ti-48, abundante en la naturaleza, lo que hace que el núcleo sea ligeramente magnético". Este magnetismo, el "espín" en lenguaje cuántico, puede verse como una especie de aguja de brújula que puede apuntar en varias direcciones. La orientación del espín en un momento dado constituye una pieza de información cuántica. El núcleo de un átomo flota en un vacío relativamente grande, lejos de los electrones que lo orbitan, sin tener en cuenta su entorno. Pero hay una excepción: debido a la extremadamente débil "interacción hiperfina", el espín nuclear puede verse influenciado por el espín de uno de los electrones. "Es más fácil decirlo que hacerlo", dice Lukas Veldman, quien recientemente defendió su tesis doctoral sobre la investigación con honores. "La interacción hiperfina es tan débil que solo es efectiva en un campo magnético muy pequeño y ajustado con precisión". COMO PREDIJO SCHRÖDINGER Una vez que se cumplieron todas las condiciones experimentales, los investigadores utilizaron un pulso de voltaje para sacar el espín del electrón del equilibrio, después de lo cual ambos espines oscilaron juntos durante una fracción de microsegundo. "Exactamente como predijo Schrödinger", dice Veldman. Junto con los experimentos, realizó cálculos que reprodujeron las fluctuaciones observadas sorprendentemente bien. La fuerte coincidencia entre las observaciones y las predicciones demuestra que no se pierde información cuántica durante la interacción entre el electrón y el núcleo. El eficiente blindaje contra el medio ambiente hace que el espín nuclear sea un candidato viable para albergar información cuántica. La investigación actual puede acercar esa aplicación un paso más. Pero eso no es lo que motiva principalmente a los investigadores. Otte afirma: "Este experimento ofrece a los humanos influencia sobre el estado de la materia a una escala inimaginablemente pequeña. Para mí, eso solo hace que valga la pena el esfuerzo".