Esta ilustración muestra la aceleración de las ondas de luz de las supercorrientes, lo que da a los investigadores acceso a una nueva clase de fenómenos cuánticos. Ese acceso podría trazar un camino a seguir para la computación cuántica práctica, aplicaciones de detección y comunicación. Crédito:Jigang Wang / Universidad Estatal de Iowa
Los científicos están utilizando ondas de luz para acelerar las supercorrientes y acceder a las propiedades únicas del mundo cuántico. incluidas las emisiones de luz prohibidas que algún día podrían aplicarse a alta velocidad, computadoras cuánticas, comunicaciones y otras tecnologías.
Los científicos han visto cosas inesperadas en las supercorrientes:electricidad que se mueve a través de materiales sin resistencia, generalmente a temperaturas extremadamente frías, que rompen la simetría y se supone que están prohibidas por las leyes convencionales de la física, dijo Jigang Wang, profesor de física y astronomía en la Universidad Estatal de Iowa, científico senior del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. y líder del proyecto.
El laboratorio de Wang ha sido pionero en el uso de pulsos de luz a frecuencias de terahercios (billones de pulsos por segundo) para acelerar pares de electrones, conocidos como pares de Cooper, dentro de las supercorrientes. En este caso, los investigadores rastrearon la luz emitida por los pares de electrones acelerados. Lo que encontraron fueron "emisiones de luz de segundo armónico, "o luz al doble de la frecuencia de la luz entrante que se utiliza para acelerar los electrones.
Ese, Wang dijo:es análogo al cambio de color del espectro rojo al azul profundo.
"Se supone que estas emisiones de segundo armónico de terahercios están prohibidas en los superconductores, ", dijo." Esto va en contra de la sabiduría convencional ".
Wang y sus colaboradores, incluido Ilias Perakis, profesor y catedrático de física en la Universidad de Alabama en Birmingham y Chang-beom Eom, la Cátedra Raymond R. Holton de Ingeniería y el Profesor Theodore H. Geballe de la Universidad de Wisconsin-Madison, informan sobre su descubrimiento en un artículo de investigación recién publicado en línea por la revista científica Cartas de revisión física .
Jigang Wang está utilizando destellos láser de terahercios como una perilla de control para acelerar las supercorrientes y acceder a nuevos y potencialmente útiles estados cuánticos de la materia. Crédito:Christopher Gannon / Universidad Estatal de Iowa
“La luz prohibida nos da acceso a una clase exótica de fenómenos cuánticos, es decir, la energía y las partículas a pequeña escala de átomos, llamadas precesiones de pseudo-espín de Anderson prohibidas, "Dijo Perakis.
(Los fenómenos llevan el nombre del difunto Philip W. Anderson, co-ganador del Premio Nobel de Física de 1977 que realizó estudios teóricos de los movimientos de electrones dentro de materiales desordenados como el vidrio que carecen de una estructura regular).
Los estudios recientes de Wang han sido posibles gracias a una herramienta llamada espectroscopia cuántica de terahercios que puede visualizar y dirigir electrones. Utiliza destellos láser de terahercios como botón de control para acelerar las supercorrientes y acceder a estados cuánticos de la materia nuevos y potencialmente útiles. La National Science Foundation ha apoyado el desarrollo del instrumento, así como el estudio actual de la luz prohibida.
Los científicos dicen que el acceso a este y otros fenómenos cuánticos podría ayudar a impulsar importantes innovaciones
"Al igual que los transistores de gigahercios y los enrutadores inalámbricos 5G de hoy en día reemplazaron a los tubos de vacío de megahercios o las válvulas termoiónicas hace más de medio siglo, Los científicos están buscando un salto adelante en los principios de diseño y dispositivos novedosos para lograr capacidades de comunicación y computación cuántica. "dijo Perakis, con Alabama en Birmingham. "Encontrar formas de controlar acceder y manipular las características especiales del mundo cuántico y conectarlas con problemas del mundo real es un gran impulso científico en estos días. La National Science Foundation ha incluido estudios cuánticos en sus '10 grandes ideas 'para futuras investigaciones y desarrollos críticos para nuestra nación ".
Wang dijo:"La determinación y comprensión de la ruptura de simetría en estados superconductores es una nueva frontera tanto en el descubrimiento de materia cuántica fundamental como en la ciencia de la información cuántica práctica. La segunda generación armónica es una sonda de simetría fundamental. Esto será útil en el desarrollo de futuras estrategias de computación cuántica y electrónica. con altas velocidades y bajo consumo energético ".
Antes de que puedan llegar aunque, los investigadores necesitan explorar más el mundo cuántico. Y esta emisión de luz de segundo armónico prohibido en superconductores, Wang dijo:representa "un descubrimiento fundamental de la materia cuántica".
