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Los físicos han jugado con la ‘luz cuántica’ por primera vez, en un gran avance: ScienceAlert

Los físicos han jugado con la ‘luz cuántica’ por primera vez, en un gran avance: ScienceAlert

Por primera vez, un equipo internacional de físicos logró manipular pequeñas cantidades de partículas de luz, conocidas como fotones, que tienen una fuerte relación entre sí.

Esto puede sonar un poco vago, pero estoyEs un avance fundamental en el ámbito cuántico que podría conducir a una tecnología con la que ni siquiera podemos soñar actualmente. Imagine láseres, pero con sensibilidad cuántica, para imágenes médicas.

«Esto abre la puerta a la manipulación de lo que podríamos llamar ‘luz cuántica'». dice el físico Sahand Mahmoudian de la Universidad de Sídney.

«Esta ciencia fundamental abre el camino para avances en técnicas de medición mejoradas cuánticamente y computación cuántica fotónica».

A medida que los físicos perfeccionan el control de los átomos cuánticos entrelazados, resulta 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 en punto cuántico (átomo artificial) y puede medir directamente el tiempo de retraso entre un solo fotón y su fotón asociado.

«El dispositivo que construimos causó interacciones tan fuertes entre los fotones que pudimos observar la diferencia entre un fotón que interactúa con él en comparación con dos fotones». dice la física Natasha TomCoautor principal, Universidad de Basilea.

«Nos dimos cuenta de que un fotón se retrasó durante un período más largo en comparación con dos fotones. Con esta fuerte interacción fotón-fotón, los dos fotones se enredan en la forma del llamado estado de correlación de dos fotones».

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Configuran este estado vinculante usando emisión inducida – un fenómeno descrito por primera vez por Albert Einstein en 1916, que forma la base de los láseres modernos. (Dato curioso: láser significa amplificación de luz por emisión estimulada de radiación).

dentro del láser Se utiliza una corriente eléctrica o fuente de luz para ruido de electrones dentro de los átomos de un material óptico como el vidrio o el cristal.

Esta excitación choca con los electrones en órbita en el núcleo del átomo. Cuando vuelve a su estado normal, emite energía en forma de fotones. Estas son emisiones «estimuladas» y este proceso hace que todas las imágenes resultantes tengan longitudes de onda idénticas, a diferencia de la luz blanca normal, que es una mezcla de diferentes frecuencias (colores).

Animación de la emisión estimulada de luz. (James Wakebolt/LLNL)

Luego, el espejo se usa para hacer rebotar los fotones viejos y nuevos hacia los átomos, para desencadenar la producción de más fotones idénticos.

Estos fotones se mueven al unísono, viajan a la misma velocidad y dirección, y se acumulan hasta que finalmente superan los espejos y el medio óptico y están libres de explosiones en un haz de luz perfectamente sincronizado que puede permanecer nítidamente enfocado a largas distancias.

Todo sucede en milisegundos cuando presionas el botón de tu puntero láser (gracias, Einstein).

Este tipo de interacción fascinante entre la luz y la materia es la base de todo tipo de tecnología asombrosa, como el Sistema de Posicionamiento Global (GPS), las computadoras, las imágenes médicas y las redes de comunicaciones globales. Incluso LIGO, el Observatorio de ondas gravitacionales láser que detectó ondas gravitacionales por primera vez en 2015, depende de los láseres.

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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, haciendo que estén fuertemente correlacionados, en otras palabras, ‘luz cuántica’. Y este es un gran paso adelante.

«Al demostrar nuestra capacidad para identificar y manipular estados asociados con un fotón, hemos dado un primer paso fundamental para aprovechar la luz cuántica para un uso práctico». mahmud dice.

próximos pasos, Ella explicóes utilizar el enfoque para generar estados de luz que podrían mejorar las computadoras cuánticas.

«Este experimento es hermoso, no solo porque demuestra un efecto fundamental, las emisiones catalíticas, en su frontera final, sino que también representa un gran paso tecnológico hacia aplicaciones avanzadas». Tom agrega.

«Podemos aplicar los mismos principios para desarrollar dispositivos más eficientes que nos proporcionen estados relacionados con los 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».

Investigación publicada en física de la naturaleza.