Las vibraciones ultracortales inducidas por pulsos de luz de átomos en una red, llamados fonones coherentes ópticos, se han controlado en varios materiales. Sin embargo, diferentes experimentos que demuestran dicho control se han explicado de manera diferente a través de teorías empíricas, y una teoría unificada basada en la mecánica cuánticaLos científicos del Instituto de Tecnología de Tokio formularon con éxito una teoría unificada para este fenómeno y la verificaron experimentalmente en diamantes, cuyos fonones ópticos tienen un gran potencial para su aplicación en la tecnología de información cuántica.
Cuando el pulso óptico extremadamente corto entra en un sólido, los átomos en su red comienzan a vibrar. Colectivamente, tales vibraciones de átomos exhiben un comportamiento similar a una onda y a una partícula, y en la mecánica cuántica, estas vibraciones se llaman fonones ópticos coherentes porqueson inducidos por la luz y oscilan en fase. Los fonones pueden determinar varias propiedades físicas de los sólidos, como las conductividades térmicas y eléctricas. En experimentos anteriores, las propiedades de los fonones ópticos coherentes, como la amplitud y la fase, se han controlado con éxito en varios materiales a través deUna técnica llamada control coherente, que ha sido posible gracias a los avances en la tecnología láser ultrarrápida. Sin embargo, los resultados de diferentes experimentos de control coherente se han explicado utilizando diferentes teorías empíricas. Por lo tanto, una teoría mecánica cuántica unificada que explica el control de los fonones ópticos esnecesario.
El equipo de investigación dirigido por el profesor Kazutaka G. Nakamura en el Instituto de Tecnología de Tokio Tokyo Tech colaboró con el profesor Yutaka Shikano en el Centro de Computación Cuántica, la Universidad de Keio y el Instituto de Estudios Cuánticos, la Universidad de Chapman formuló recientemente un marco teórico que explica fundamental y prácticamentela generación y detección de fotones ópticos coherentes. La teoría se basa en un modelo que involucra dos estados de electrones, así como el oscilador armónico cuántico, uno de los pocos sistemas cuánticos mecánicos para los que se conoce una solución exacta. Los cálculos basados en esta teoría mostraron queLa amplitud de un fonón controlado puede expresarse mediante la suma de dos funciones sinusoidales.
Para probar esta teoría, los científicos realizaron un experimento de control coherente en el diamante. El diamante es un material muy importante en este campo porque el control coherente de sus fonones ópticos promete desarrollar memoria cuántica. En el experimento, el control coherente se logra medianteempleando dos pulsos láser extremadamente cortos, conocidos como pulsos de bomba: un pulso induce una oscilación o fonones, mientras que el otro controla la amplitud de la oscilación. El intervalo de tiempo entre los dos pulsos varía para controlar las propiedades de los fonones generados.pulso enviado con un retraso después de que los dos pulsos de la bomba se utilizan para medir las propiedades de los fonones generados mediante la detección de cambios en la intensidad transmitida de este pulso con respecto al retraso.
La amplitud medida y la fase de las oscilaciones controladas inducidas por los pulsos de la bomba en el diamante mostraron un notable acuerdo con las predicciones de la teoría. Por lo tanto, se ha logrado una comprensión integral del control coherente de los fonones ópticos coherentes. Se espera que esta teoríaser útil en el desarrollo de sistemas de memoria para computación cuántica, además de otras aplicaciones en electrónica, óptica, ciencia de materiales y superconductividad.
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Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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