Impresión artística de fotones estimulando un punto cuántico. (Universidad de Basilea)
Por primera vez, un equipo internacional de físicos ha manipulado con éxito pequeñas cantidades de partículas de luz, conocidas como fotones, que tienen una fuerte relación entre sí.
Eso puede sonar un poco oscuro, pero es un avance fundamental en el reino cuántico que podría conducir a una tecnología con la que actualmente ni siquiera podemos soñar. Imagine láseres, pero con sensibilidad cuántica, para imágenes médicas.
“Esto abre la puerta a la manipulación de lo que podemos llamar ‘luz cuántica’”, dice el físico Sahand Mahmoodian de la Universidad de Sydney.
“Esta ciencia fundamental abre el camino para avances en técnicas de medición mejoradas cuánticamente y computación cuántica fotónica “.
Si bien los físicos se están volviendo muy buenos para controlar los átomos cuánticos entrelazados , se ha demostrado que es mucho más difícil lograr lo mismo con la luz.
En este nuevo experimento, un equipo de la Universidad de Sydney y la Universidad de Basilea en Suiza disparó un solo fotón y un par de fotones enlazados en un punto cuántico ( un átomo creado artificialmente) y pudo medir un retraso de tiempo directo entre el fotón por sí solo y los que estaban atados.
“El dispositivo que construimos indujo interacciones tan fuertes entre los fotones que pudimos observar la diferencia entre un fotón que interactúa con él en comparación con dos”, dice la física Natasha Tomm , coautora principal, de la Universidad de Basilea.
“Observamos que un fotón se retrasó más tiempo en comparación con dos fotones. Con esta interacción fotón-fotón realmente fuerte, los dos fotones se entrelazan en la forma de lo que se llama un estado ligado de dos fotones”.
Establecieron este estado ligado utilizando emisión estimulada , un fenómeno descrito por primera vez por Albert Einstein en 1916, y que forma la base de los láseres modernos. (Dato curioso: láser significa amplificación de luz por emisión estimulada de radiación).
Dentro de un láser, se utiliza una corriente eléctrica o una fuente de luz para impulsar los electrones dentro de los átomos de un material óptico como el vidrio o el cristal.
Esta excitación hace que los electrones suban una órbita en el núcleo de su átomo. Y cuando vuelven a su estado normal, emiten energía en forma de fotones. Estas son las emisiones “estimuladas” y este proceso significa que todos los fotones resultantes tienen longitudes de onda idénticas, a diferencia de la luz blanca normal, que es una mezcla de diferentes frecuencias (colores).
Animación de emisión estimulada de luz. ( James Wickboldt/LLNL )
Luego se usa un espejo para hacer rebotar los fotones viejos y nuevos hacia los átomos, estimulando la producción de más fotones idénticos.
Estos fotones se mueven al unísono, viajando con la misma velocidad y dirección, y se acumulan hasta que finalmente superan los espejos y el medio óptico y se liberan en un haz de luz perfectamente sincronizado que puede permanecer nítidamente enfocado a largas distancias.
Todo eso ocurre en milisegundos cuando presionas el botón de tu puntero láser (gracias, Einstein).
Este tipo de interacción genial entre la luz y la materia es la base de todo tipo de tecnología increíble, como GPS, computadoras, imágenes médicas y redes de comunicaciones globales. Incluso LIGO, el observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser que detectó ondas gravitacionales por primera vez en 2015, se basa en láseres.
Pero toda esta tecnología aún requiere una gran cantidad de fotones, lo que limita su sensibilidad.
El nuevo avance ahora ha logrado la emisión estimulada y la detección de fotones individuales, así como pequeños grupos de fotones de un solo átomo, lo que los lleva a estar fuertemente correlacionados, en otras palabras, ‘luz cuántica’. Y eso es un gran paso adelante.
“Al demostrar que podemos identificar y manipular estados unidos a fotones, hemos dado un primer paso vital para aprovechar la luz cuántica para un uso práctico”, dice Mahmoodian .
Los próximos pasos, explica , son usar el enfoque para generar estados de luz que puedan hacer mejores computadoras cuánticas .
“Este experimento es hermoso, no solo porque valida un efecto fundamental, la emisión estimulada, en su límite máximo, sino que también representa un gran paso tecnológico hacia aplicaciones avanzadas”, agrega Tomm .
“Podemos aplicar los mismos principios para desarrollar dispositivos más eficientes que nos proporcionen estados ligados a fotones. Esto es muy prometedor para aplicaciones en una amplia gama de áreas: desde biología hasta fabricación avanzada y procesamiento de información cuántica”.
Fuente:Mundooculto.es
