No es fácil hacer rebotar una sola partícula de luz de un solo átomo que tiene menos de una billonésima parte de un metro de ancho. Sin embargo, los investigadores del Centro de Tecnologías Cuánticas de la Universidad Nacional de Singapur han demostrado que pueden duplicar las probabilidades deéxito, una innovación que podría ser útil en computación cuántica y metrología. Los hallazgos se publicaron el 31 de octubre en Comunicaciones de la naturaleza .
En su experimento, los investigadores Chin Yue Sum, Matthias Steiner y Christian Kurtsiefer dispararon un láser rojo contra un átomo de rubidio cuidadosamente atrapado. Compararon la cantidad de luz que se dispersa cuando la luz proviene de una sola dirección, en comparación con cuandoproviene de dos.
"Si un átomo envía un fotón, el fotón puede ir en cualquier dirección. Nuestra idea es que para obtener interacciones más fuertes entre fotones individuales y átomos individuales, queremos revertir lo que sea que haga el átomo. Entonces, la iluminación proviene de todas las direcciones", explica Steiner.
Primero, enfocaron el láser rojo a través de una lente fuertemente enfocada colocada frente al átomo. El átomo fue maniobrado para ubicarse en el punto focal de la lente. En esta configuración, aproximadamente 1 de cada 5 fotones láser rebotó en el átomo.
Luego, el equipo dividió el rayo láser, enviando la mitad del frente y la mitad de la parte posterior del átomo. En la parte posterior, el láser nuevamente pasó a través de una lente fuertemente enfocada para alcanzar el átomo.
Esta configuración de doble lente se conoce como microscopía 4Pi. Es una técnica de imagen de súper resolución inventada por el premio Nobel Stefan Hell. El nombre proviene de la forma en que los ángulos se describen en tres dimensiones: ¿cuatro? Describe una esfera completa.
Con la luz proveniente de ambos lados, el átomo se dispersó alrededor de 2 de cada 5 fotones, el doble de lo que se vio con solo una lente.
El átomo no solo cambió la dirección de los fotones, sino también su espacio. En la luz láser, los fotones están espaciados aleatoriamente, algunos llegando muy juntos y otros separados por grandes huecos. El equipo detectó que, después de pasar el átomo, los fotoneseran menos propensos a llegar juntos. Esto es evidencia de una interacción entre los átomos y los fotones que es 'no lineal'.
"Hay mucha física para investigar en interacciones no lineales con fotones", dice Chin. El efecto es crucial para procesar la información almacenada en la luz, por ejemplo, en la computación cuántica óptica.
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Materiales proporcionado por Centro de Tecnologías Cuánticas en la Universidad Nacional de Singapur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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