¿Qué es un supersólido? El extraño estado de la materia que combina luz y material
Un equipo de físicos ha logrado un hito científico al «atrapar luz» en un cristal y crear un material supersólido, un estado de la materia que combina propiedades de líquidos y sólidos. Este avance, publicado en la revista Nature, podría tener aplicaciones revolucionarias en el campo de la computación cuántica.
Los científicos están explorando los límites de la materia para aprovechar las ventajas de las computadoras cuánticas. En este contexto, han descubierto nuevos estados de la materia más allá de los clásicos sólido, líquido y gaseoso. Uno de estos estados es el supersólido, una fase híbrida que se ha logrado por primera vez utilizando polaritones, cuasipartículas que combinan luz y materia.
Atrapando luz para crear un supersólido
La luz tiene un comportamiento dual: actúa como onda y como partícula. Su energía está cuantizada en paquetes llamados fotones, que interactúan con otras partículas y pueden experimentar fenómenos típicos de las ondas. Los científicos han intentado «atrapar» fotones, como si fueran joyas en una caja, utilizando cristales fotónicos. Estos cristales, con estructuras cuidadosamente diseñadas, impiden que la luz se propague, permitiendo su manipulación.
Sin embargo, los fotones tienen una interacción débil con la materia, lo que limita su utilidad tecnológica. Para superar esto, los investigadores crearon los polaritones, cuasipartículas que surgen de la unión entre un fotón y un excitón. Estas partículas combinan las propiedades de la luz y la materia, lo que las hace ideales para aplicaciones en dispositivos cuánticos.
El enigma de los supersólidos
En física, un «estado» de la materia se define por sus características únicas, que dependen de factores como la temperatura y la presión. Un sólido, por ejemplo, es rígido a gran escala, pero a nivel microscópico está compuesto por partículas ordenadas en una red. Si estas partículas se desordenan, el material puede convertirse en líquido o gas.
El estado supersólido, predicho teóricamente hace casi 50 años, es un fenómeno contraintuitivo en el que las partículas fluyen sin fricción, como en un líquido, pero mantienen una estructura cristalina rígida, como en un sólido. Hasta ahora, este estado solo se había observado en partículas ultrafrías de helio. Sin embargo, el equipo de científicos logró crear un supersólido utilizando un condensado de polaritones dentro de un cristal fotónico.
Implicaciones para la computación cuántica
Este descubrimiento no solo confirma la existencia de la fase supersólida en un sistema fotónico, sino que también abre nuevas posibilidades para explorar estados cuánticos de la materia en sistemas fuera del equilibrio. Según Daniele Sanvitto, uno de los autores principales del estudio, este avance tiene el potencial de «cerrar la brecha entre la ciencia fundamental y las aplicaciones prácticas».
Los polaritones, debido a su sensibilidad y propiedades únicas, se están probando como transistores ópticos en computadoras cuánticas. En la computación tradicional, los transistores amplifican señales eléctricas y actúan como interruptores. En el ámbito cuántico, los polaritones podrían desempeñar un papel similar, pero utilizando luz en lugar de electricidad.
Este logro representa un paso importante hacia el desarrollo de tecnologías cuánticas más eficientes y versátiles, acercándonos a un futuro donde la computación cuántica sea una realidad cotidiana.
