El físico chileno Felipe Isaule se incorpora a la Universidad Técnica Federico Santa María para desarrollar simulaciones computacionales que permitan anticipar nuevos fenómenos cuánticos y explorar nuevas disciplinas como la “atomtrónica”.
Por María José Aragonés G. | Periodista Dirección General de Investigación, Innovación y Emprendimiento USM.
Con el propósito de desarrollar una línea de investigación teórica y computacional en tecnologías cuánticas, el físico chileno Dr. Felipe Isaule se incorpora como investigador a la Universidad Técnica Federico Santa María (USM). Su trabajo se centra en el modelamiento de sistemas de muchos cuerpos formados por átomos ultrafríos y contempla, entre sus proyecciones, la creación de un laboratorio computacional en la universidad. Su llegada se suma al desarrollo de la investigación en tecnologías cuánticas en la USM, área en la que también trabajan académicos del Departamento de Física, como Pedro Orellana, Luis Rosales y Ariel Norambuena.
“Mi investigación se enfoca en modelar teóricamente sistemas de muchos átomos ultrafríos. Para esto, utilizo técnicas modernas de muchos cuerpos, usualmente realizando simulaciones computacionales intensivas. Estoy interesado en describir nuevos fenómenos cuánticos realizables experimentalmente con átomos ultrafríos para proponer nuevas tecnologías cuánticas. En esta dirección, mi actual interés se enfoca en estudiar circuitos compuestos por muchos átomos, lo que se conoce como atomtrónica”, explica el investigador.
Átomos ultrafríos: una plataforma para explorar fenómenos cuánticos
Una de las principales áreas de especialización de Isaule son los átomos ultrafríos, sistemas que permiten estudiar y controlar fenómenos cuánticos en condiciones que no son observables a escala cotidiana. “Son átomos enfriados a temperaturas menores a una millonésima de grado sobre el cero absoluto. En este estado, los átomos se pueden controlar, permitiéndonos manipular y observar sus propiedades con mucha más facilidad. Ahí es donde empieza la conexión con las tecnologías cuánticas”, señala.
A temperaturas extremadamente bajas emergen fenómenos como los condensados de Bose-Einstein, predichos teóricamente hace un siglo y observados experimentalmente por primera vez en 1995. Este avance fue reconocido con el Premio Nobel de Física de 2001. Desde entonces, estos sistemas se han convertido en una plataforma para estudiar comportamientos cuánticos de la materia, entre ellos los superfluidos, capaces de fluir de manera coherente y sin disipación de energía.
Laboratorio de experimentación
Este tipo de laboratorios requieren tecnología de punta en óptica y enfriamiento que no existen en Chile ni en Latinoamérica. “No existen esos laboratorios. Ha habido intentos de hacerlos, pero se escapa un poco del presupuesto que se tiene aquí local”, comenta el experto.
Por este motivo, su trabajo busca anticipar, mediante modelos y simulaciones, los fenómenos que podrían ser estudiados posteriormente en laboratorios especializados. “Lo que queremos, de cierta manera, es adelantarnos a los experimentos: proponer teóricamente un sistema físico y qué propiedades se podrían medir. No trabajo con datos que me pasa un laboratorio, sino que la idea es anticiparme a lo que ellos podrían realizar experimentalmente”, explica.
Esta aproximación se enmarca en el área conocida como quantum many-body, dedicada al estudio de sistemas compuestos por numerosas partículas que interactúan entre sí en régimen cuántico. Para abordar su complejidad, el investigador utiliza cálculos numéricos y simulaciones computacionales en lugar de experimentación directa.
Atomtrónica: circuitos construidos con átomos
Una de sus líneas de investigación más recientes es la atomtrónica, un campo que busca trasladar conceptos de la electrónica a sistemas formados por átomos ultrafríos. “La atomtrónica es, en simple, tratar de hacer una electrónica con átomos en vez de electrones. Es como pensar en circuitos, pero hechos con átomos ultrafríos en un laboratorio mucho más sofisticado”, resume.
En su forma más básica, estos circuitos pueden adoptar configuraciones como anillos por los que circulan átomos. La propuesta comparte principios con sistemas superconductores, una plataforma que también ha sido utilizada en el desarrollo de computadores cuánticos.
Entre las aplicaciones que se investigan para esta tecnología se encuentran los sensores cuánticos de alta precisión. “La atomtrónica se puede usar, por ejemplo, para desarrollar sensores capaces de medir aceleraciones con mucha mayor precisión de la que se podría lograr sin sistemas cuánticos”, explica, aunque enfatiza que se trata todavía de una tecnología en una etapa inicial de desarrollo.
Proyección internacional y formación de estudiantes
El trabajo de Isaule se desarrolla en colaboración con grupos de Estados Unidos, Europa y Japón. Entre sus vínculos científicos se encuentran investigadores de la Universidad de Barcelona, el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), el Barcelona Supercomputing Center —al que describe como “un verdadero hub de ciencias cuánticas”— y el Okinawa Institute of Science and Technology.
En este contexto, su incorporación a la USM busca contribuir a la consolidación de una nueva línea de investigación cuántica desde una perspectiva computacional. Entre sus principales proyecciones se encuentra la creación de un laboratorio que permita desarrollar simulaciones, formar estudiantes y generar nuevas colaboraciones con grupos experimentales internacionales. “En Chile las tecnologías cuánticas todavía están en una etapa de consolidación”, señala Isaule.