Al igual que en el tráfico normal, los cruces son indispensables en el procesamiento de la señal óptica. Para evitar colisiones, se requiere una regla de tráfico clara. Ahora se ha desarrollado un nuevo método en TU Wien para proporcionar dicha regla para las señales de luz.Con este propósito, las dos fibras de vidrio se acoplan en su punto de intersección a un resonador óptico, en el que la luz circula y se comporta como en una rotonda. La dirección de circulación se define por un solo átomo acoplado al resonador. El átomo también asegura quela luz siempre sale de la rotonda en la próxima salida. Esta regla sigue siendo válida incluso si la luz consiste simplemente en fotones individuales. En consecuencia, dicha rotonda se instalará en chips ópticos integrados, un paso importante para el procesamiento de la señal óptica.
Procesamiento de señal utilizando luz en lugar de electrónica
El término "circuladores ópticos" se refiere a elementos en el punto de intersección de dos fibras ópticas mutuamente perpendiculares que dirigen las señales de luz de una fibra a la otra, de modo que la dirección de la luz siempre cambia, por ejemplo, 90 ° en sentido horario."Estos componentes se han utilizado durante mucho tiempo para propagar libremente los haces de luz", dice Arno Rauschenbeutel del Centro de Viena para la Ciencia y Tecnología Cuántica en el Instituto de Física Atómica y Subatómica de TU Wien. "Tales circuladores ópticos se basan principalmente en los llamadosEfecto Faraday: se aplica un fuerte campo magnético a un material transparente, que se encuentra entre dos divisores de haz de polarización que giran entre sí. La dirección del campo magnético rompe la simetría y determina en qué dirección se redirige la luz."
Sin embargo, por razones técnicas, los componentes que hacen uso del efecto Faraday no pueden realizarse en las pequeñas escalas de la nanotecnología. Esto es lamentable ya que dichos componentes son importantes para futuras aplicaciones tecnológicas. "Hoy, estamos tratando de construir circuitos integrados ópticoscon funciones similares a las que se conocen de la electrónica ", dice Rauschenbeutel. Otros métodos para romper la simetría de la función de la luz solo a intensidades de luz muy altas o sufren grandes pérdidas ópticas. Sin embargo, en nanotecnología a uno le gustaría poder procesar muypequeñas señales de luz, idealmente pulsos de luz que consisten únicamente en fotones individuales.
Dos fibras de vidrio y una botella para luz
El equipo de Arno Rauschenbeutel elige una forma completamente diferente: acoplan un solo átomo de rubidio al campo de luz del llamado "resonador de botella" - un objeto de vidrio microscópico con bulbo en la superficie por la cual circula la luz. Si es asíse coloca un resonador cerca de dos fibras de vidrio ultrafinas, los dos sistemas se acoplan entre sí. Sin un átomo, la luz cambia de una fibra de vidrio a otra a través del resonador de botella. De esta manera, sin embargo, no hay sentido de circulaciónestá definido para el circulador: la luz, que se desvía 90 ° en el sentido de las agujas del reloj, también puede viajar hacia atrás a través de la misma ruta, es decir, en sentido contrario a las agujas del reloj.
Para romper esta simetría hacia adelante / hacia atrás, el equipo de Arno Rauschenbeutel también acopla un átomo al resonador, lo que impide el acoplamiento de la luz en el resonador y, por lo tanto, el acoplamiento excesivo en la otra fibra de vidrio en una de las dos direcciones decirculación. Para este truco, una propiedad especial de la luz se utiliza en TU Wien: la dirección de oscilación de la onda de luz, también conocida como su polarización.
La interacción entre la onda de luz y el resonador de botella produce un estado de oscilación inusual. "La polarización gira como el rotor de un helicóptero", explica Arno Rauschenbeutel. La dirección de rotación depende de si la luz en el resonador viaja en sentido horario oen sentido antihorario: en un caso, la polarización gira en sentido antihorario, mientras que en el otro caso gira en sentido horario. Por lo tanto, la dirección de circulación y la polarización de la luz están juntas.
Si el átomo de rubidio está correctamente preparado y acoplado al resonador, uno puede hacer que su interacción con la luz difiera en las dos direcciones de circulación. "La luz que circula en el sentido de las agujas del reloj no se ve afectada por el átomo. La luz en la dirección opuesta,por otro lado, se acopla fuertemente al átomo y, por lo tanto, no puede ingresar al resonador ", dice Arno Rauschenbeutel. Esta asimetría del acoplamiento del átomo de luz con respecto a la dirección de propagación de la luz en el resonador permite el control sobre la operación del circulador: elEl sentido de circulación deseado se puede ajustar a través del estado interno del átomo.
El estado atómico como un interruptor cuántico
"Debido a que usamos un solo átomo, podemos controlar sutilmente el proceso", dice Rauschenbeutel. "El átomo puede prepararse en un estado en el que ambas reglas de tráfico se aplican al mismo tiempo: todas las partículas de luz luego viajan juntas a través delcirculador en sentido horario y antihorario ". Afortunadamente, esto es imposible de acuerdo con las reglas de la física clásica, ya que daría lugar a un caos en el tráfico rodado. Sin embargo, en la física cuántica, se permiten tales superposiciones de diferentes estados que se abren completamente nuevas yposibilidades emocionantes para el procesamiento óptico de la información cuántica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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