Un equipo internacional liderado por investigadores de la Universidad de Granada y la Universidad de Harvard ha logrado demostrar por primera vez la transferencia de energía resonante entre un átomo en estado Rydberg y una molécula de amoniaco, un fenómeno cuántico que podría impulsar nuevas tecnologías de computación y sensores cuánticos.
El trabajo, publicado en la revista Physical Review Letters, combina resultados experimentales y teóricos para explicar cómo se produce este intercambio de energía a escala cuántica.
La investigación ha contado con la participación de la profesora Rosario González Férez, de la Universidad de Granada, junto con el grupo del profesor Hossein R. Sadeghpour, del Instituto de Física Atómica Molecular y Óptica de la Universidad de Harvard.
Qué son los estados Rydberg y por qué son importantes en física cuántica
Los llamados estados Rydberg aparecen cuando un átomo se encuentra altamente excitado y uno de sus electrones se aleja mucho del núcleo. En esta situación, los átomos presentan propiedades extremadamente sensibles a campos eléctricos y a interacciones cuánticas, lo que los convierte en sistemas clave para el desarrollo de tecnologías cuánticas avanzadas.
En este estudio, los investigadores analizaron cómo un átomo de helio en estado Rydberg intercambia energía con una molécula polar de amoniaco mediante una interacción conocida como dipolo-carga.
La primera observación experimental de un intercambio monopolo-dipolo
El trabajo aporta la primera observación experimental de una transferencia de energía resonante monopolo-dipolo entre una molécula polar y un átomo Rydberg.
Hasta ahora, transiciones similares únicamente se habían observado en núcleos atómicos. El nuevo experimento demuestra que este fenómeno también puede producirse en sistemas atómicos y moleculares.
La interpretación teórica desarrollada por el equipo en el que participa Rosario González Férez revela además que el fenómeno solo es posible cuando existe una superposición espacial entre las funciones de onda del electrón Rydberg y la molécula.
La transferencia de energía observada implica una transición entre estados de paridad opuesta en la molécula y estados Rydberg de igual paridad y momento angular orbital nulo en el átomo.
Aplicaciones en sensores y computación cuántica
Los investigadores destacan que este avance supone un paso importante para comprender y controlar las interacciones entre moléculas polares y átomos en estados Rydberg, especialmente en condiciones frías y ultrafrías.
El descubrimiento abre la puerta al desarrollo de nuevas aplicaciones en tecnologías cuánticas, como sistemas híbridos para procesamiento de información cuántica y sensores de alta precisión.
Además, estos resultados podrían facilitar el control de reacciones químicas cuánticas y la creación de plataformas capaces de manipular estados cuánticos complejos.
El siguiente reto: crear entrelazamiento cuántico entre moléculas
Actualmente, la investigadora granadina y sus colaboradores trabajan junto a distintos grupos experimentales, entre ellos uno de la Universidad de Durham, para crear de forma experimental entrelazamiento cuántico en moléculas mediado por átomos Rydberg.
Este tipo de sistemas híbridos se considera una de las vías más prometedoras para el desarrollo de futuras arquitecturas de computación cuántica y simulación de fenómenos físicos complejos.
