Presentan la "tubería magnética"

Así como los cables de cobre transportan corriente eléctrica, un nuevo dispositivo diseñado y construido por físicos en España y Alemania puede transmitir los campos magnéticos a distancias arbitrariamente largas. La «tubería magnética», que consiste en un material ferromagnético envuelto en un superconductor, se podría utilizar para crear una variedad de circuitos y sugiere una nueva manera de introducir qubits dentro de un ordenador cuántico, dicen los investigadores

En nuestro mundo de alta tecnología le damos un gran uso al hecho de que las ondas electromagnéticas se pueden transmitir a grandes distancias, lo mismo que se puede hacer con la electricidad. Pero no se puede decir lo mismo de los campos eléctricos y magnéticos estáticos, cuyas magnitudes decaen rápidamente con la distancia. Lo más lejos que se ha transmitido un campo magnético está en el orden de unos pocos metros, como en el interior de los núcleos de los transformadores.

Acoplamiento de sistemas cuánticos

Para ver si podían hacer algo mejor, Alvaro Sánchez y dos de sus colegas de la Universidad Autónoma de Barcelona se fijaron en la óptica de transformación. Esta técnica relativamente nueva consiste en la alteración de la trayectoria de las ondas electromagnéticas de manera inusual, transformando matemáticamente los campos eléctricos y magnéticos constituyentes de las ondas, como se ha hecho famoso al crearse «capas de invisibilidad» que pueden proteger objetos en ciertas longitudes de onda. El objetivo del grupo de Barcelona, logrado junto con Ignacio Cirac y Oriol Romero-Isart en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Garching, cerca de Munich, fue aplicar la óptica de transformación a campos estáticos con el fin de acoplar magnéticamente dos sistemas cuánticos.

El primer paso de los investigadores fue modelar una placa de material infinitamente amplia con una permeabilidad magnética infinita en el sentido de su espesor (altura) y cero permeabilidad magnética en el sentido de su ancho. Encontraron, como esperaban, que cualquier campo magnético en la superficie inferior de la placa simplemente se trasladaba a la superficie superior. A continuación investigaron si las propiedades de este sistema idealizado podrían ser aproximadas en un objeto real. Encontraron que una pieza cilíndrica del mismo material, con un diámetro finito, haría el trabajo casi tan bien como la placa. Pero que todavía queda el problema de imitar la anisotropía extrema del material.

Imán y superconductor

La respuesta, encontraron, era construir cilindros con anillos concéntricos de un material ferromagnético y superconductor. Ellos calcularon que 20 capas así transmitirían más del 90% de un campo magnético desde la base del cilindro a su parte superior, y mostraron que incluso con sólo dos capas —un núcleo ferromagnético y una cáscara de superconductor— ese dispositivo podría transportar tanto como el 75 % del campo. Los investigadores, entonces, demostraron cómo podría ampliarse y darse forma al cilindro para crear circuitos cerrados.

John Pendry, del Imperial College de Londres, que fue pionero en la óptica de transformación, describe el esquema como «una idea bastante novedosa». Señaló que los ferromagnetos conducen los campos magnéticos mucho peor que lo que la mayoría de los metales conducen la electricidad, pero dice que este último trabajo muestra que pueden convertirse en conductores magnéticos eficientes cuando están encerrados dentro de un superconductor. «Un superconductor expulsa todos los campos magnéticos, y por lo tanto puede ser considerado como un aislante magnético perfecto, manteniendo los campos embotellados y evitando que se derramen por todo el lugar», explica.

Teóricos en el laboratorio

Tal es la simplicidad del dispositivo bicapa que los miembros de la colaboración española / alemana, compuesta en su totalidad de teóricos, construyeron uno en el laboratorio. Pero siendo teóricos, y al no tener un equipo fantástico a su disposición, tuvieron que conformarse con un superconductor de alta temperatura basado en bismuto que era más corto que el material ferromagnético de cobalto-hierro que utilizaron. Para solucionar este problema midieron la intensidad de campo magnético, ya que la bobina de corriente continua estaba en un extremo, en varios puntos a lo largo de la longitud del cilindro en lugar de en el extremo opuesto del cilindro.

Los investigadores encontraron que, como se esperaba, el campo que se escapaba fue, en promedio, más pequeño de lo que hubiese sido con ningún dispositivo en absoluto, o sólo con el material ferromagnético.

Lo fundamental es que también observaron que con todo el tubo magnético en su lugar, la intensidad de campo se disparaba a mitad de camino a lo largo del cilindro, y se dieron cuenta de que había una grieta apenas visible en el superconductor en ese punto. Tomaron esto como evidencia convincente de que el campo estaba siendo guiado de manera eficiente por el dispositivo.

«Un trabajo muy importante»

Tie June Cui, un ingeniero eléctrico de la Universidad del Sudeste de China, es un entusiasta de las últimas investigaciones. Él lo describe como «un trabajo muy importante», y está de acuerdo en que el tubo magnético sería análogo a un cable de metal. «En lugar de circuitos eléctricos, esta propuesta nos daría circuitos magnéticos», dijo.

Sánchez y sus colegas explican que el campo estático transmitido por la tubería se puede considerar como de una longitud de onda infinita y que, como resultado, el campo se puede utilizar para llevar a cabo tareas en cualquier escala de longitud, ya sea 20 m o 20 nm. De cara al futuro, creen que el nuevo dispositivo podría ser utilizado para manipular información cuántica a escala nanométrica, por ejemplo por medio de giros aislados en los defectos en pequeños cristales de diamantes, conocidos como huecos (vacantes) del nitrógeno. Para funcionar como bits dentro de un ordenador cuántico, estos giros deben ser direccionables independientemente con campos magnéticos, algo que podría lograrse con tuberías magnéticas de tamaño nanométrico, dicen. Estos conductos nano, agregan, también podrían ser utilizados para acoplar entre sí los giros.

Se puede hallar una pre-impresión que describe la investigación en el servidor arXiv.

El autor es Edwin Cartlidge, escritor de ciencia radicado en Roma.

Fuente: Physics World. Aportado por Eduardo J. Carletti

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