La interfaz cuántica Maguncia. Usando la luz láser que viaja a través de una fibra de vidrio cónico, los átomos de cesio se encuentran atrapados a lo largo de su cintura ultra-delgado. La parte central de la fibra es más delgada que la longitud de onda de la luz misma. Como consecuencia de ello, sobresale el último en el espacio que rodea la fibra y las parejas a los átomos atrapados. Crédito: QUANTUM, Mainz JGU.Hoy, la teléfonía e internet se basan fundamentalmente en la transmisión óptica de datos mediante cables de fibra de vidrio. En ese sentido, las redes de fibra de vidrio pueden ser consideradas como la columna vertebral de la sociedad de la comunicación moderna. La luz que viaja a través de ellas no es un flujo continuo de energía. Más bien consiste, como fue descubierta por Albert Einstein, de cuantos de energía indivisibles, o fotones. Cada fotón puede transmitir un bit de información, que corresponde a un cero o un uno.
Además de ser muy eficiente, esto también abre el camino hacia nuevas maneras de comunicación porque, al ser objetos cuánticos, los fotones pueden existir simultáneamente en ambos estados, cero y uno. Como ejemplo, esta propiedad es lo que hace posible la criptografía cuántica, y permite así una protección absoluta contra las escuchas
Con el fin de aprovechar plenamente el potencial de la comunicación cuántica, sin embargo, uno necesita, además, la posibilidad de almacenar la información cuántica que se codifica en cada fotón. Los fotones en sí no son muy adecuados para este propósito porque no se les puede mantener en una posición dada. Por lo tanto, sería mucho más ventajoso para transferir la información cuántica a los átomos. Para este fin se requiere una interfaz cuántica entre átomos y fotones, que sería integrada fácilmente en las redes de fibra de vidrio.
Un grupo de físicos encabezado por el profesor Arno Rauschenbeutel en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz, Alemania, ha realizado tal interfaz cuántica de fibra óptica. Según lo divulgado por el equipo de investigación en la edición actual de la revista científica Physical Review Letters, la parte central del trabajo en Mainz es una fibra de vidrio que se ha calentado y estirado hasta medir sólo la centésima parte del diámetro de un cabello humano.
Es notable que esta nanofibra es más delgada que la longitud de onda de la luz que guía. Como consecuencia, la luz ya no se limita al interior de las nanofibras, sino que sobresale lateralmente en el espacio que rodea la fibra. Usando este campo llanado evanescente, los científicos atraparon átomos de cesio después que fueron enfriados a unas millonésimas de grado sobre el cero absoluto por la irradiación con luz láser convenientemente elegida. Cuando son atrapados, los átomos se disponen en un patrón regular y son levitados 200 nm por encima de la superficie de la nanofibra.
Esta distancia puede parecer muy pequeña pero de hecho es lo suficientemente grande como para proteger a los átomos de las influencias espurias de la superficie de la fibra. Al mismo tiempo, los átomos residen en el campo evanescente y así interactuan con los fotones que se propagan a través de la nanofibra.
Como fue demostrado por los investigadores de Mainz, este proceso es tan eficiente que sólo un par de miles de átomos deben ser suficientes para una completa transferencia sin pérdida de la información cuántica entre fotones y átomos. Otras aplicaciones posibles de la interfaz cuántica de Mainz incluye la conexión entre diferentes sistemas cuánticos. A modo de ejemplo, los átomos atrapados podrían ponerse en inmediaciones de un circuito superconductor cuántico a fin de combinar las propiedades ventajosas de ambos sistemas. Este sería un paso importante hacia la realización de una computadora cuántica.
Fuente:
Physicists from Mainz University develop a quantum interface between light and atoms
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