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| La luz láser (roja) se propaga por una fibra óptica cónica y se acopla a un microrresonador en modo de galería susurrante por el que circula hasta un millón de veces. Al circular, la luz interactúa con ondas acústicas de alta frecuencia. Crédito: Jack Clarke |
Científicos han hecho posible generar y controlar estados cuánticos en diferentes sistemas físicos. Este control permite a los científicos desarrollar nuevas y potentes tecnologías cuánticas. Además, ofrece una hoja de ruta para probar los fundamentos de la física cuántica.
En colaboración con la Universidad de Oxford, científicos del Imperial College de Londres, el Instituto Niels Bohr, el Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz y la Universidad Nacional de Australia han generado y observado estados no gaussianos ondas sonoras de alta frecuencia que comprenden más de un billón de átomos. Ciertamente, transformaron un campo sonoro que fluctúa aleatoriamente en equilibrio térmico en un patrón que retumba con una magnitud más específica.
Los hallazgos allanan el camino hacia la generación de estados cuánticos más macroscópicos. Estos estados cuánticos podrían permitir el desarrollo de futuros componentes de internet cuántico. Además, permite probar los límites de la mecánica cuántica.
El coprimer autor del proyecto, John Price, del Imperial, declaró: "Para llevar a cabo esta investigación, confinamos la luz láser para que circule dentro de un resonador a microescala. De manera impresionante, la luz puede circular hasta un millón de veces por el borde de esta diminuta estructura en lo que se denomina un modelo de galería de susurros".
El co-primer autor, Andreas Svela, del Imperial, dijo: "A medida que la luz circula, interactúa con las ondas sonoras de alta frecuencia, y podemos utilizar la luz láser tanto para generar como para caracterizar estados interesantes del campo acústico".
El coprimer autor, Lars Freisem, del Imperial, dijo: "Entonces, cuando observamos un solo fotón que esta interacción luz-sonido ha creado, el evento de detección nos da la señal de que hemos creado nuestro estado objetivo".
La detección de un solo fotón indica que un solo fonón -un quantum de energía sonora- se resta del estado inicial del campo acústico. Los científicos observaron la adición y sustracción de un solo fonón a una duplicación contraintuitiva del número medio de cuantos de sonido.
Este estudio supone un avance significativo al caracterizar con precisión las fluctuaciones de la onda sonora generada y observar el patrón no gaussiano resultante.
El coprimer autor, Georg Enzian, que ahora investiga en el Instituto Niels Bohr de Copenhague, declaró: "La generación de estados cuánticos no gaussianos es importante para la investigación de la información cuántica y los fundamentos de la física, y, de forma emocionante, esta investigación nos acerca a la generación de tales estados a escala macroscópica utilizando campos sonoros".
El investigador principal del Laboratorio de Medición Cuántica del Imperial, Michael Vanner, declaró: "Los trabajos futuros que utilicen este enfoque ofrecen una vía práctica para almacenar y recuperar información cuántica de forma coherente. Es decir, fabricar una RAM cuántica para un ordenador cuántico. Además, este tipo de investigación puede arrojar una luz muy necesaria sobre los distintos mecanismos que hacen que los frágiles fenómenos cuánticos decaigan y se conviertan en clásicos."
Fuentes, créditos y referencias:
G. Enzian et al, Non-Gaussian Mechanical Motion via Single and Multiphonon Subtraction from a Thermal State, Physical Review Letters (2021). DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.243601