Los osciladores armónicos cuánticos aparecen por todas partes en física: sirven para describir desde campos electromagnéticos hasta vibraciones moleculares. Sus excitaciones se representan como bosones, esas partículas como los fotones o los fonones que van y vienen de a una cuando el sistema interactúa de forma lineal. Ese tipo de interacción simple genera lo que se llaman estados coherentes, algo así como el comportamiento cuántico más «domesticado» que existe. Pero cuando se introducen interacciones no lineales de orden superior, el asunto se pone mucho más interesante: aparecen comportamientos cuánticos más ricos, y en particular las interacciones de segundo orden habilitan un fenómeno conocido como squeezing (compresión cuántica).
El problema, según explica el trabajo publicado en Nature Physics, es que estas interacciones de orden superior suelen ser débiles o exigir hardware muy especializado para observarse. Ahí es donde entra la propuesta del equipo: combinar dos interacciones bosónicas lineales dependientes del espín para lograr, en un solo ion atrapado, interacciones no lineales de hasta cuarto orden. Con ese sistema híbrido (un oscilador acoplado a un espín) consiguieron demostrar y caracterizar tres fenómenos en escalera: squeezing, trisqueezing y, por primera vez, quadsqueezing.
Lo que hace valioso este resultado no es solo la proeza técnica de subir un escalón más en la cadena, sino que estas interacciones de orden superior generan estados no gaussianos, justamente los que resultan útiles para la computación cuántica de variables continuas. Al reconstruir la función de Wigner del sistema, el equipo pudo caracterizar directamente estos estados cuánticos generados a partir de un único ion, algo que hasta ahora quedaba limitado por la debilidad típica de estas interacciones.
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