Una hoja arrugada puede revelar lo que ocurrió en su interior sin necesidad de abrirla. Inspirados en esta simple observación cotidiana, un equipo internacional de físicos ha desarrollado una innovadora herramienta en el campo de la física cuántica que permite estudiar sistemas complejos desde sus extremos, sin necesidad de intervenir su interior.
Investigadores de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) y de la Universidad de Constanza han creado un nuevo tipo de arquitectura cuántica usando arreglos acoplados de cavidades (CCAs), con los que es posible detectar y corregir irregularidades internas a través del análisis de los “bordes” del sistema. Este avance representa una revolución en el estudio de materiales y fenómenos cuánticos.
Un papel arrugado a escala cuántica
El sistema desarrollado funciona como un papel arrugado: aunque no se vea su interior, los bordes contienen pistas claras sobre lo que ha pasado adentro. A nivel cuántico, esto se logra utilizando cavidades superconductoras construidas con niobio nitruro (NbN), un material de alta inductancia cinética que permite miniaturizar los resonadores y aumentar su precisión.
Gracias al NbN, los científicos lograron fabricar resonadores de solo 50 × 75 micrómetros, unas 100 veces más pequeños que los convencionales. A pesar de su tamaño, estos componentes mantienen una alta calidad, con bajas tasas de disipación (100 kHz a 5 GHz) y permiten ensamblar hasta 100 cavidades en un mismo sistema, sin comprometer la estabilidad.
Luz que se comporta como materia
Estos dispositivos están diseñados para simulaciones cuánticas analógicas, una técnica que permite reproducir y estudiar materiales cuánticos imposibles de observar directamente. En estas cavidades, los fotones se comportan como si fueran electrones en un sólido, simulando fenómenos como la localización cuántica, los estados ligados fotón-átomo o la interacción luz-materia extrema.
Topología cuántica: ver el todo desde los extremos
La clave conceptual del avance radica en el uso de la topología, específicamente un modelo conocido como cadena SSH (Su-Schrieffer-Heeger). En este tipo de sistema, ciertos “modos de borde” (edge modes) se localizan en los extremos del arreglo, pero reflejan el estado general del sistema.
“Debido a la correspondencia entre el volumen y los bordes, los modos dentro de la banda también son sensibles al desorden que rompe la simetría quiral en el volumen de la CCA”, explican los autores del estudio.
Esto significa que los investigadores pueden detectar errores, irregularidades o desórdenes internos observando únicamente los comportamientos en los extremos, sin necesidad de perturbar el centro del sistema. Es una forma de “ver lo invisible” con una herramienta que combina elegancia conceptual con potencia técnica.
Una puerta a nuevos experimentos cuánticos
El diseño abre la posibilidad a nuevas plataformas para simular materiales cuánticos complejos, así como para desarrollar sensores de precisión o dispositivos topológicos tolerantes a fallos en el futuro de la computación cuántica.
Con esta tecnología, lo que antes era inalcanzable por su complejidad ahora puede observarse desde sus bordes. Una metáfora sencilla convertida en una herramienta científica de frontera.
