Los físicos han manipulado la ‘luz cuántica’ por primera vez, en un gran avance: ScienceAlert
Por primera vez, un equipo internacional de físicos logró manipular una pequeña cantidad de partículas de luz, llamadas fotones, que tienen una estrecha relación entre sí.
Esto puede sonar un poco oscuro, pero yoEs un avance cuántico fundamental que podría conducir a una tecnología con la que ni siquiera podemos soñar en este momento. Imagine láseres, pero con sensibilidad cuántica, para imágenes médicas.
«Abre la puerta a la manipulación de lo que podemos llamar ‘luz cuántica'», dice el físico Sahand Mahmoodian de la Universidad de Sídney.
«Esta ciencia básica allana el camino para los avances en las técnicas de medición cuántica mejorada y la computación cuántica fotónica».
Si bien los físicos se están volviendo muy buenos para controlar los átomos entrelazados cuánticos, 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 unidos a un punto cuántico (un átomo creado artificialmente) y podría medir un retraso directo entre el fotón único y los enlazados.
«El dispositivo que construimos indujo interacciones tan fuertes entre los fotones que pudimos observar la diferencia entre un fotón interactuando con él en comparación con dos». dice la física Natasha Tommco-autor principal, de la Universidad de Basilea.
«Observamos que un fotón se retrasó más que dos fotones. Con esta interacción fotón-fotón realmente fuerte, los dos fotones se enredan en lo que se llama un estado ligado de dos fotones».
Implementaron este estado enlazado usando emision estimulada – un fenómeno descrito por primera vez por Albert Einstein en 1916 y que es la base de los láseres modernos. (Dato curioso: láser significa amplificación de luz por emisión estimulada de radiación).
Dentro de un láser, una corriente eléctrica o fuente de luz se utiliza para hacer subir electrones en los átomos de un material óptico como el vidrio o el cristal.
Esta excitación impulsa a los electrones a una órbita dentro del 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 hace que todas las fotos resultantes tengan longitudes de onda idénticas, a diferencia de la luz blanca normal, que es una mezcla de diferentes frecuencias (colores).
Luego se usa un espejo para hacer rebotar fotones viejos y nuevos de regreso a 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 perfectamente enfocado a largas distancias.
Todo esto sucede en milisegundos después de presionar el botón en su puntero láser (gracias, Einstein).
Este tipo de interacción genial entre la luz y la materia es la base de todo tipo de tecnologías asombrosas, como GPS, computadoras, imágenes médicas y redes de comunicación global. 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 muchos 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 hace que se vuelvan altamente correlacionados, en otras palabras, «luz cuántica». Y eso es un gran paso adelante.
«Al demostrar que podemos identificar y manipular los estados unidos a fotones, hemos dado un primer paso esencial para aprovechar la luz cuántica para un uso práctico». dice Mahmoodian.
Los siguientes pasos, ella explicavan a utilizar el enfoque para generar estados de luz que pueden 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 tom.
«Podemos aplicar los mismos principios para desarrollar dispositivos más eficientes que nos proporcionen estados unidos a fotones. Esto es muy prometedor para aplicaciones en una amplia gama de campos: desde la biología hasta la fabricación avanzada y el procesamiento de información cuántica».
La investigación ha sido publicada en Física natural.
