Investigadores españoles logran reproducir en laboratorio un modelo relacionado con los agujeros negros

Un equipo de investigadores de la Universidad Complutense de Madrid (UCM), en colaboración con el Collège de France, ha desarrollado una nueva estrategia basada en la agitación de átomos para reproducir experimentalmente uno de los modelos más estudiados de la física cuántica actual: el modelo de Sachdev-Ye-Kitaev (SYK).

Este modelo está relacionado con el análisis del caos cuántico, la pérdida de información en los agujeros negros y el comportamiento de los superconductores de alta temperatura. El trabajo, publicado en Physical Review Letters, plantea una forma más sencilla de obtener la compleja física asociada al modelo SYK mediante átomos ultrafríos atrapados en una red óptica, un «cristal de luz». Este tipo de plataformas se encuentra entre las herramientas experimentales más precisas para simular materiales cuánticos.

Frente a la construcción de un sistema complejo con interacciones de largo alcance, los investigadores han demostrado que una configuración mucho más simple puede comportarse como el modelo SYK si se la somete a una agitación periódica. Esta técnica recibe el nombre de ingeniería de Floquet.

El procedimiento elimina el movimiento convencional basado en el salto individual de átomos entre distintos sitios y lo sustituye por una dinámica correlacionada. Esta se genera exclusivamente mediante interacciones efectivas y simultáneas entre todas las partículas, dando lugar a un escenario que reproduce de forma muy próxima la particular estructura del modelo.

Charles Creffield, profesor del Departamento de Física de Materiales de la UCM, explica en declaraciones recogidas por la Agencia Sinc: «En vez de fabricar un sistema extremadamente complejo, demostramos que basta con agitar periódicamente uno mucho más simple para que aparezca de forma natural la física que buscamos».

Las simulaciones numéricas efectuadas por el equipo muestran que el sistema reproduce dos de las principales características del modelo: un intenso caos cuántico y una rápida propagación del entrelazamiento cuántico. Ambas propiedades son relevantes para comprender algunos de los problemas todavía abiertos de la física moderna.

Fernando Sols, catedrático de la UCM, destaca además la posibilidad de trasladar esta propuesta al laboratorio con los recursos disponibles actualmente: «Cabe destacar que este enfoque puede implementarse con las tecnologías de átomos fríos existentes, lo que ofrece una vía práctica para explorar experimentalmente fenómenos que antes se limitaban a la teoría abstracta. Este trabajo abre la puerta al estudio de comportamientos cuánticos extremos en entornos de laboratorio altamente controlables».

El siguiente paso será extender el método a gases de átomos fermiónicos, puesto que el modelo SYK se formuló originalmente para fermiones, especialmente fermiones de Majorana. En paralelo, los investigadores estudian incorporar desorden controlado y ampliar esta estrategia a redes ópticas de mayor dimensión.