Físicos de Exeter y Trondheim han desarrollado una teoría que describe cómo se pueden explotar la reflexión espacial y las simetrías de inversión del tiempo, lo que permite un mayor control del transporte y las correlaciones dentro de los materiales cuánticos.
Dos físicos teóricos, de la Universidad de Exeter (Reino Unido) y la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (en Trondheim, Noruega), han construido una teoría cuántica que describe una cadena de resonadores cuánticos que satisfacen la reflexión espacial y las simetrías de inversión del tiempo.
Han demostrado cómo las diferentes fases cuánticas de tales cadenas están asociadas con fenómenos notables, que pueden ser útiles en el diseño de futuros dispositivos cuánticos que se basan en fuertes correlaciones.
Una distinción común en física es entre sistemas abiertos y cerrados.
Los sistemas cerrados están aislados de cualquier entorno externo, de modo que la energía se conserva porque no hay ningún lugar al que escapar.
Los sistemas abiertos están conectados con el mundo exterior y, a través de intercambios con el medio ambiente, están sujetos a ganancias y pérdidas de energía.
Hay un tercer caso importante. Cuando la energía que entra y sale del sistema está finamente equilibrada, surge una situación intermedia entre estar abierto y cerrado.
Este equilibrio puede ocurrir cuando el sistema obedece a una simetría combinada de espacio y tiempo, es decir, cuando (1) cambiar de izquierda a derecha y (2) giran la flecha del tiempo dejando el sistema esencialmente sin cambios.
Crédito: Vasil Saroka
En su última investigación, Downing y Saroka discuten las fases de una cadena cuántica de resonadores que satisfacen la reflexión espacial y las simetrías de inversión del tiempo.
Hay principalmente dos fases de interés, una fase trivial (acompañada de física intuitiva) y una fase no trivial (marcada con física sorprendente).
La frontera entre estas dos fases está marcada por un punto excepcional.
Los investigadores han encontrado las ubicaciones de estos puntos excepcionales para una cadena con un número arbitrario de resonadores, lo que proporciona información sobre la ampliación de los sistemas cuánticos que obedecen a estas simetrías.
Es importante destacar que la fase no trivial permite efectos de transporte no convencionales y fuertes correlaciones cuánticas, que pueden usarse para controlar el comportamiento y la propagación de la luz a escalas de longitud nanoscópicas.
Este estudio teórico puede ser útil para la generación, manipulación y control de la luz en materiales cuánticos de baja dimensión, con miras a construir dispositivos basados en la luz que exploten los fotones, las partículas de luz, como caballos de batalla en tamaños de alrededor de una mil millonésima parte de un metro.
Charles Downing, de la Universidad de Exeter, comentó: “Nuestro trabajo sobre la simetría de paridad-tiempo en sistemas cuánticos abiertos enfatiza aún más cómo la simetría sustenta nuestra comprensión del mundo físico y cómo podemos beneficiarnos de ella”.
Vasil Saroka, de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, agregó: “Esperamos que nuestro trabajo teórico sobre la simetría de paridad-tiempo pueda inspirar más investigaciones experimentales en esta apasionante área de la física”.
“Puntos excepcionales en las cadenas de oligómeros” se publica en Communications Physics , una revista de acceso abierto de Nature Portfolio.
Referencia: “Exceptional points in oligomer chains” by Charles Andrew Downing and Vasil Arkadievich Saroka, 2 December 2021, Communications Physics.
DOI: 10.1038/s42005-021-00757-3