Un equipo de investigadores de la Universidad Complutense de Madrid (UCM), trabajando en colaboración con el Collège de France, ha desarrollado una nueva estrategia experimental basada en la agitación de átomos para reproducir uno de los modelos más estudiados y complejos de la física cuántica contemporánea: el modelo de Sachdev-Ye-Kitaev, conocido comúnmente como el modelo SYK.
Este avance, cuyos detalles han sido publicados en la prestigiosa revista científica Physical Review Letters, se centra en la búsqueda de métodos más eficientes para analizar fenómenos fundamentales de la naturaleza. El modelo SYK es de especial interés para la comunidad científica ya que está directamente relacionado con el estudio del caos cuántico, la problemática de la pérdida de información en los agujeros negros y el comportamiento físico de los superconductores de alta temperatura.
Para lograr este objetivo, los investigadores han propuesto una metodología que simplifica la obtención de la compleja física asociada al modelo SYK. En lugar de recurrir a sistemas extremadamente intrincados, han utilizado átomos ultrafríos atrapados en una red óptica, una estructura que es descrita técnicamente como un «cristal de luz». Este tipo de plataformas experimentales son actualmente reconocidas como algunas de las herramientas más precisas disponibles para la simulación de materiales cuánticos en entornos controlados.
La innovación principal de este trabajo radica en el enfoque utilizado para generar las interacciones necesarias. Tradicionalmente, para reproducir el modelo SYK, se requeriría la construcción de un sistema complejo con interacciones de largo alcance. Sin embargo, el equipo de la UCM y el Collège de France ha demostrado que es posible obtener el mismo resultado utilizando una configuración mucho más simple, siempre y cuando se someta al sistema a una agitación periódica. Esta técnica específica es denominada en el ámbito científico como ingeniería de Floquet.
El funcionamiento de este procedimiento consiste en modificar la dinámica de las partículas. El método elimina el movimiento convencional, que normalmente se basa en el salto individual de los átomos entre los distintos sitios de la red óptica, y lo sustituye por una dinámica correlacionada. Esta nueva dinámica se genera exclusivamente a través de interacciones efectivas y simultáneas entre todas las partículas del sistema, lo que permite crear un escenario que reproduce con gran exactitud la estructura particular del modelo SYK.
Charles Creffield, profesor del Departamento de Física de Materiales de la Universidad Complutense de Madrid, ha explicado la esencia de este descubrimiento en declaraciones recogidas por la Agencia Sinc. Según el profesor, la clave ha sido evitar la fabricación de un sistema extremadamente complejo, demostrando que basta con agitar periódicamente uno más sencillo para que la física buscada aparezca de forma natural.
Para validar esta propuesta, el equipo llevó a cabo diversas simulaciones numéricas. Los resultados de estas pruebas muestran que el sistema es capaz de reproducir dos de las características fundamentales y más relevantes del modelo SYK: la presencia de un intenso caos cuántico y una rápida propagación del entrelazamiento cuántico. Ambas propiedades son piezas fundamentales para intentar resolver algunos de los problemas que permanecen abiertos en la física moderna.
Por su parte, Fernando Sols, catedrático de la UCM, ha subrayado la viabilidad práctica de este descubrimiento. Sols destaca que este enfoque puede implementarse utilizando las tecnologías de átomos fríos que ya existen en la actualidad. Esto representa una ventaja considerable, ya que ofrece una vía práctica para explorar experimentalmente fenómenos que, hasta ahora, se encontraban limitados al terreno de la teoría abstracta. Según el catedrático, este trabajo permite abrir la puerta al estudio de comportamientos cuánticos extremos dentro de entornos de laboratorio que son altamente controlables.
Mirando hacia el futuro, los investigadores ya han trazado los siguientes pasos de su hoja de ruta. El objetivo inmediato será extender este método de agitación a gases de átomos fermiónicos. Esta transición es necesaria dado que el modelo SYK fue formulado originalmente para fermiones, con un énfasis especial en los fermiones de Majorana. Asimismo, el equipo se encuentra estudiando la posibilidad de incorporar desorden controlado en el sistema y ampliar la aplicación de esta estrategia de ingeniería de Floquet a redes ópticas de mayor dimensión.
