Argentina tendrá el primer Laboratorio de Iones y Átomos Fríos de América Latina

(Enrique Garabetyan) Esta semana, en un cuarto aislado y acondicionado contra las vibraciones, ubicado en un pasillo del Pabellón I de la Facultad de Exactas de la Universidad de Buenos Aires, comenzará a funcionar el corazón del primer Laboratorio de Iones y Átomos Fríos (LIAF) de América latina. Con esa instalación en marcha un equipo de media docena de científicos argentinos comenzará a realizar experimentos de física aplicada en un prometedor campo tecnológico que hoy apenas domina una veintena de países del mundo.

En la frontera de la física cuántica existen técnicas que permiten manipular iones y átomos de manera individual, uno por uno. Esta intervención de la materia resulta un área de estudio fundamental para la física contemporánea, así como sus aplicaciones en tecnologías vinculadas al procesamiento de la información y a la metrología. Y sus resultados se podrán aplicar a ideas teóricas y desarrollos concretos más que prometedores: desde poner a punto la próxima generación de relojes atómicos de super-alta precisión hasta sumar avances originales en el campo de la computación cuántica.

«Estamos más que orgullos porque, tras muchas demoras, podemos inaugurar este laboratorio que es único en la región. Es una tecnología que desarrolla Alemania, Canadá, Francia, EE.UU, y otros países similares. Y exige instrumentar técnicas avanzadas de óptica tradicional y cuántica, electrónica, física atómica y ultra-vacío. Todas combinadas para hacer trampas de iones», resumió el doctor Juan Pablo Paz, profesor del Departamento de Física y un referente internacional en el desarrollo de la computación cuántica.

«Una de las primeras cosas que haremos son experimentos relacionados con metrología: son aportes para la próxima generación de relojes atómicos «ópticos», que tendrán mayor precisión que los actuales», explicó el doctor Christian Schmiegelow, investigador del Conicet y co-responsable del Laboratorio. «Y otra línea de trabajo que tenemos es estudiar la termodinámica cuántica para ver como interaccionan unas pocas partículas y entender como funcionaría una «máquina» -un motor, por ejemplo-, hecho de un puñado de átomos».
Para poder hacer todos estos experimentos se requieren habilidades técnicas para operar las trampas electromagnéticas y los rayos láser capaces de retener y enfriar los iones. Y, también una inversión considerable. «Armar este laboratorio tomó años de justificar subsidios y superar trámites burocráticos. Hoy, solo en equipamientos, llevamos invertido casi US$ 1 millón», contaron los científicos.

Larga historia

Paz -que es un reconocido físico teórico- tuvo la idea de formar investigadores capaces de hacer física «aplicada» en 1995. Pasaron casi 25 años para que, finalmente, se pudiera poner a punto el espacio y conseguir el equipamiento y los profesionales capaces de hacer avanzar los experimentos con «simuladores» cuánticos. «No llegan a ser verdaderas computadoras cuánticas que podrían resolver cualquier algoritmo. Los simuladores que armaremos en los próximos tiempos son «prototipos» de computadoras cuánticas: más simples, pero pueden aplicarse a resolver un problema complejo, aunque específico», detalló Paz.

Lo original es que su propio trabajo profesional siempre estuvo enmarcado en la física teórica. “Siempre me gustó interactuar con expertos en experimentos. Por eso al regresar a la Argentina, en 2006, pensé como hacer ciencia experimental avanzada en mi especialidad”. Junto a un grupo de colegas armó un laboratorio de óptica cuántica.

Usábamos lásers para el procesamiento de información manipulando fotones “gemelos” entrelazados. Y pude ayudar a otros investigadores para que se especializaran en el tema en Alemania, manipulando iones “fríos”. Para 2009 ya planeábamos este espacio, algo que, finalmente, se logró en 2015”. La espera de los siguientes cuatro años se explica «por las demoras burocráticas, la devaluación que nos hizo resignar o postergar la compra de equipos y los ajustes presupuestarios que viene padeciendo la ciencia argentina».

El primer objetivo del flamante Laboratorio es capturar átomos dentro de la trampa y “bombardearlos” con láseres. «Con eso los enfriámos a 0,001 °K por encima del cero absoluto. Luego vamos a llevarlos a temperaturas más bajas, cercanas al microkelvin, en la que el átomo alcanza estados cercanos al de la menor energía».

Estos ensayos se podrán aplicar en metrología cuántica, para mejorar la precisión de los actuales relojes atómicos. En el mediano plazo apuntarán a nuevos experimentos que permitan entender mejor las bases de la computación cuántica.

Según Paz, «en el mundo estamos, todavía, a uno o dos lustros de tener una computadora cuántica “universal” efectiva. Mientras, podemos usar nuestros simuladores para resolver problemas específicos». Y el trabajo que hagan en este laboratorio argentino podrá ayudar a tener PCs cuánticas «reales» antes del 2030.

Con un premio Nobel de invitado de honor

Para el próximo jueves 18 de julio, el Departamento de Física de Exactas UBA organizó un verdadero «Jueves Cuántico». Es que para inaugurar oficialmente el Laboratorio de Iones y Átomos Fríos (LIAF) llegará a la Argentina media docena de invitados destacados del mundo de la ciencia, incluyendo al físico David Wineland, premio Nobel 2012 por sus aportes en este rubro y a Juan Ignacio Cirac, Director del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica de Alemania. Ambos recibirán sus doctorados «honoris causa» y brindarán sendas charlas de divulgación, pensadas para públicos no especializados, con traducción simultánea. Serán sobre dos temas que ocuparán el foco del flamante laboratorio: relojes atómicos del futuro y hacia la computación cuántica. Wineland fue el autor del primer experimento de la historia que probó que era posible desarrollar las bases de este nuevo tipo de computación, un rubro de la ciencia que promete revolucionar la criptografía, el manejo de enormes bases de datos, el machine learning y la inteligencia artificial.