Diversidad de la investigación cuántica en la ISTA - una visión general
El centro austriaco de investigación interdisciplinar avanza en amplios aspectos de la ciencia y la tecnología cuánticas
El Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) es un instituto de investigación de rápido crecimiento y altamente interdisciplinar centrado en las ciencias naturales y formales. Trece grupos independientes investigan aspectos fundamentales de la ciencia y la tecnología cuánticas. A continuación presentamos una visión general de este dinámico campo en el ISTA.
Un equipo de físicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) logró una lectura totalmente óptica de qubits superconductores, aquí el profesor del ISTA Johannes Fink (centro) y los coautores Georg Arnold (izquierda) y Thomas Werner (derecha).
Foto: Nadine Poncioni | qphox.eu | ISTA
Desde su creación en 2009, el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) ha crecido hasta abarcar amplios campos de investigación, incluidos diversos aspectos de la ciencia y la tecnología cuánticas. Aunque Austria goza de fama internacional como centro de excelencia en investigación cuántica, el ISTA destaca por la amplitud de sus áreas de investigación cuántica. Más allá de la teoría y las matemáticas de la ciencia cuántica y de la física cuántica atómica y óptica más tradicional, el Instituto también se centra en el desarrollo de materiales cuánticos y en el avance de la implementación de dispositivos.
Teoría y matemáticas de la ciencia cuántica
Una visión pionera del físico del siglo XX y premio Nobel Eugene Wigner fue que la distribución de los huecos entre los niveles de energía de los sistemas cuánticos complicados sólo depende de la simetría básica del modelo. El profesor del ISTA László Erdős y su grupo, Matemáticas de Sistemas Cuánticos Desordenados y Matrices, pretenden verificar la visión de Wigner con pleno rigor matemático.
El profesor del ISTA Mikhail Lemeshko y su grupo de Física Teórica Atómica, Molecular y Óptica estudian cómo surgen los fenómenos cuánticos de muchas partículas en conjuntos de átomos y moléculas. Sus esfuerzos teóricos pretenden explicar los experimentos con moléculas frías y gases cuánticos ultrafríos y predecir fenómenos novedosos, no observados anteriormente.
Con su grupo, Física Matemática, el profesor del ISTA Robert Seiringer desarrolla nuevas herramientas matemáticas para el análisis riguroso de los sistemas de muchas partículas en mecánica cuántica, con especial atención a los fenómenos exóticos de los gases cuánticos, como la condensación de Bose-Einstein y la superfluidez.
El grupo del profesor del ISTA Maksym Serbyn, Dinámica Cuántica y Teoría de la Materia Condensada, explora varias cuestiones abiertas sobre la materia cuántica en no-equilibrio. Esto incluye cómo se comportan los sistemas cuánticos aislados cuando se preparan en un estado de alto no-equilibrio, cómo tales sistemas cuánticos evitan la omnipresente relajación a un equilibrio térmico, y cómo obtener nuevos conocimientos sobre las propiedades de la materia cuántica utilizando sondas modernas de no-equilibrio.
Ciencia cuántica atómica y óptica
Las interacciones ultrarrápidas luz-materia se han visto predominantemente desde una perspectiva "semiclásica", tratando la materia de forma mecánico-cuántica al tiempo que se impone una descripción clásica del campo electromagnético. La profesora adjunta del ISTA Denitsa Baykusheva y su grupo, Espectroscopia cuántica ultrarrápida, pretenden salvar esta distancia y llevar la espectroscopia ultrarrápida al régimen completamente cuántico.
Con su grupo, Detección cuántica con átomos y luz, el profesor adjunto del ISTA Onur Hosten pretende desarrollar técnicas innovadoras para controlar las propiedades cuánticas de los sistemas atómicos, ópticos y mecánicos. El objetivo a largo plazo del grupo es explorar cuestiones experimentales desafiantes, como la naturaleza de la materia oscura y la interacción entre la mecánica cuántica y la gravedad.
El profesor adjunto del ISTA Julian Léonard y su grupo, Óptica cuántica, tratan de comprender las partículas pequeñas y las fuerzas que rigen su comportamiento estudiando los sistemas ópticos cuánticos construidos con átomos y fotones controlados individualmente. Su enfoque podría ayudar a mejorar los materiales y a desarrollar aplicaciones en computación cuántica y procesamiento cuántico de la información.
Estudio y desarrollo de materiales cuánticos
El grupo del profesor adjunto del ISTA Zhanybek Alpichshev, de Materia Condensada y Óptica Ultrarrápida, utiliza métodos ópticos ultrarrápidos para comprender los mecanismos físicos que subyacen a algunos de los fenómenos extremadamente complicados de la física de muchos cuerpos, como el comportamiento de un gran número de partículas fuertemente correlacionadas.
Los materiales cuánticos modernos, como los superconductores no convencionales, los líquidos cuánticos de espín y los semimetales topológicos, albergan diversos estados emergentes de la materia. Con su grupo, Termodinámica de los materiales cuánticos a microescala, la profesora adjunta del ISTA Kimberly Modic combina sondas termodinámicas hechas a medida con la preparación de muestras de última generación para determinar las simetrías rotas y las estructuras topológicas de estos estados.
El grupo del profesor adjunto del ISTA Hryhoriy Polshyn, Fenómenos electrónicos emergentes en materiales 2D, explora experimentalmente estados electrónicos novedosos e investiga sus propiedades fundamentales. La investigación del grupo pretende comprender mejor los estados electrónicos exóticos y establecer el trasfondo físico de dispositivos electrónicos y qubits conceptualmente nuevos.
Con su grupo, Sondas de simetría de la materia cuántica, la profesora adjunta entrante Veronika Sunko, que se incorporará al ISTA en septiembre de 2025, explorará las causas y consecuencias de la ruptura de simetrías en los materiales cuánticos y su relación con la topología. Su objetivo es desarrollar métodos experimentales sensibles a las simetrías rotas y utilizarlos para descubrir, caracterizar y manipular fenómenos novedosos.
El profesor del ISTA Johannes Fink en el laboratorio.
Foto: Nadine Poncioni | ISTA
Mecánica cuántica del estado sólido e implementaciones de dispositivos
El grupo del profesor del ISTA Johannes Fink, Quantum Integrated Devices, estudia la física cuántica en dispositivos eléctricos, mecánicos y ópticos basados en chips para avanzar en la tecnología cuántica de simulación, comunicación, metrología y detección. En una publicación reciente en Nature Physics, el grupo de Fink logró una lectura totalmente óptica de qubits superconductores, llevando la tecnología más allá de sus limitaciones actuales. Este trabajo sienta las bases para construir una red de ordenadores cuánticos superconductores conectados mediante fibras ópticas a temperatura ambiente.
El profesor del ISTA Georgios Katsaros y su grupo, Nanoelectrónica, investigan nanodispositivos semiconductores y estudian los efectos cuánticos cuando estos dispositivos se enfrían a -273,14°C. Su objetivo es crear qubits de espín en germanio y comprender si se pueden realizar qubits protegidos en sistemas híbridos semiconductor-superconductor. Además, estudian la nueva física fundamental que surge en los nanodispositivos semiconductores.
Un equipo de físicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) logró una lectura totalmente óptica de qubits superconductores, publicada en Nature Physics. Aquí el co-primer autor Thomas Werner con el refrigerador de dilución.
Foto: ISTA
Edificios de laboratorios alrededor del estanque en el centro del campus del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria.
Foto: Magic Lemur Productions | ISTA
Acerca de ISTA
El Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) es una institución de investigación fundamental que concede doctorados y está situada en Klosterneuburg, a 18 km del centro de Viena (Austria). A principios de 2025, el Instituto contaba con unos 90 grupos de investigación en los campos de las ciencias naturales, las matemáticas y la informática. Está previsto que crezca hasta unos 150 grupos de investigación en 2036. El ISTA emplea a profesores con un modelo de titularidad, así como a investigadores posdoctorales, y ofrece un programa de doctorado totalmente financiado. Al tiempo que se dedica al principio de la investigación impulsada por la curiosidad, el ISTA pretende hacer llegar los descubrimientos científicos a la sociedad a través de la transferencia tecnológica y la educación científica.
El campus del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria en Klosterneuburg, en los bosques de Viena, situado a las afueras de la capital austriaca.
Foto: ISTA
