La trayectoria de las partículas se puede variar cambiando la geometria del espacio

La revista Nature Communications publica esta semana un estudio donde se demuestra por primera vez «la manipulación controlada e independiente de fases geométricas en electrónica cuántica de  espines». El trabajo es fruto de una colaboración entre el profesor Diego Frustaglia de la Universidad de  Sevilla e investigadores de las universidades de Tohoku (Japón) y Regensburg (Alemania).

El espín electrónico (momento magnético intrínseco) de una partícula responde a la presencia de campos magnéticos según dos configuraciones: dinámica (magnitud  de los campos) y geométrica (dirección de los campos).

“Normalmente, las fases dinámicas y geométricas están acopladas, esto es, no  puede modificarse una sin la otra”, explica Frustaglia, quien considera que con este trabajo se demuestra la “sorprendente” posibilidad de controlar las fases geométricas independientemente de las fases dinámicas gracias a una ingeniosa disposición de  campos múltiples.

“Es como si en vez de cambiar la trayectoria de las partículas  mediante la aplicación de una fuerza, modificáramos directamente las propiedades  geométricas del espacio en que se mueven”, apunta el científico.

Aplicaciones para procesar la información

Esto resulta de interés tanto desde el  punto de vista básico como aplicado, ya que las propiedades geométricas son más estables que las dinámicas. A lo largo del tiempo el espín adquiere una fase cuántica correspondiente en cada caso, dando lugar a  fenómenos de interferencia que resultan fundamentales para el desarrollo de nuevas tecnologías cuánticas de la información, por lo que el estudio puede tener posibles aplicaciones en el desarrollo de nanocircuitos para el procesamiento de información.

La colaboración que ha permitido este trabajo ha constado de tres partes: un trabajo experimental realizado por el grupo japonés, un desarrollo teórico efectuado en Sevilla y simulaciones numéricas por ordenador generadas en Alemania.

“En 2010, el profesor japnés Nitta compartió conmigo unos resultados experimentales preliminares en busca de una interpretación. Durante los meses siguientes desarrollé una teoría que explicaba los experimentos y hacía nuevas predicciones, frente a lo cual se llevó a cabo una nueva serie de experimentos cuyos resultados respondían perfectamente a  la teoría. A la vez, contactamos con el profesor alemán Richter para que realizara unas simulaciones numéricas independientes. Y el resultado ha sido excelente», destaca Frustaglia.