Investigadores de la Unidad de Interacciones Luz-Materia para Tecnologías Cuánticas del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa de la Universidad de Graduados (OIST) han generado átomos de Rydberg (átomos excitados inusualmente grandes) cerca de fibras ópticas delgadas en nanómetros. Sus hallazgos, publicado recientemente en Investigación de revisión física , marcar el progreso hacia una nueva plataforma para el procesamiento de información cuántica, que tiene el potencial de revolucionar los descubrimientos de materiales y fármacos y proporcionar una comunicación cuántica más segura.

Debido a su extraordinaria susceptibilidad a los campos eléctricos y magnéticos, Los átomos de Rydberg han despertado el interés de los físicos desde hace mucho tiempo. Utilizado junto con nanofibras ópticas, Estos átomos hipersensibles podrían desempeñar un papel fundamental en nuevos tipos de dispositivos cuánticos escalables. Sin embargo, Los átomos de Rydberg son notablemente difíciles de controlar.

"El objetivo principal del estudio era acercar los átomos de Rydberg a las nanofibras, "dijo Krishnapriya Subramonian Rajasree, un doctorado estudiante de OIST y primer autor del estudio. "Esta configuración crea un nuevo sistema para estudiar las interacciones entre los átomos de Rydberg y las superficies de nanofibras".

Átomos inusuales

Para realizar su investigación, los científicos utilizaron un dispositivo llamado trampa magnetoóptica para capturar un grupo de átomos de rubidio (Rb). Redujeron la temperatura de los átomos a aproximadamente 120 microKelvin, fracciones de un grado por encima del cero absoluto y pasaron una nanofibra a través de la nube de átomos.

Luego, los científicos excitaron los átomos de Rb a un estado de Rydberg más enérgico, utilizando un haz de luz de 482 nm que viaja a través de la nanofibra. Estos átomos de Rydberg, que se formó alrededor de la superficie de nanofibras, son más grandes que sus contrapartes ordinarias. Cuando los electrones de los átomos ganaron energía, se alejaron más del núcleo atómico, creando átomos más grandes. Este tamaño inusual aumenta la sensibilidad de los átomos a su entorno y a la presencia de otros átomos de Rydberg.

A través de su experimento, los científicos llevaron los átomos de Rydberg a meros nanómetros de la nanofibra óptica, permitiendo una mayor interacción entre los átomos y la luz que viaja en la nanofibra. Debido a sus propiedades anormales, los átomos de Rydberg escaparon de la trampa magnetoóptica. Los científicos pudieron comprender aspectos del comportamiento del átomo de Rydberg al examinar cómo la pérdida de átomos dependía de la potencia y la longitud de onda de la luz.

La capacidad de utilizar la luz que viaja en una nanofibra óptica para excitar y luego controlar los átomos de Rydberg puede ayudar a allanar el camino hacia los métodos de comunicación cuántica. al mismo tiempo que presagia un progreso incremental hacia la computación cuántica, dijeron los científicos.

"Comprender las interacciones entre la luz y los átomos de Rydberg es fundamental, "dijo el Dr. Jesse Everett, becario postdoctoral en OIST y coautor del estudio. "Aprovechar estos átomos podría permitir el enrutamiento seguro de las señales de comunicación utilizando cantidades muy pequeñas de luz".

Avanzando los investigadores esperan seguir estudiando las propiedades de los átomos de Rydberg junto con las nanofibras ópticas. En estudios futuros, pretenden observar los átomos de Rydberg que son aún más grandes en tamaño, explorar las posibilidades y los límites de este sistema.