Los investigadores de la Universidad ITMO han demostrado que los átomos individuales se pueden transformar en polaritones, partículas cuánticas que son una mezcla de materia y luz. que se transmiten a través de fibras ópticas. En este nuevo estado de la materia, los fotones y los átomos forman un acoplamiento ultrafuerte por primera vez. Los resultados de esta investigación se pueden utilizar para controlar las propiedades de la luz y la materia y para crear memoria cuántica. El artículo se publica en Cartas de revisión física .

Las propiedades de los materiales se pueden cambiar químicamente, mezclándolos con otras sustancias, o físicamente, como cuando los metales entran en estados superconductores durante el enfriamiento rápido. Los físicos de la Universidad ITMO han realizado transformaciones similares de una manera relativamente nueva:utilizando luz y sometiendo la materia a rayos de luz de alta intensidad o creando condiciones para un acoplamiento ultrafuerte entre átomos y fotones, lo que da como resultado nuevas partículas conocidas como polaritones.

La forma más comúnmente empleada de proporcionar condiciones para un acoplamiento ultrafuerte es mediante el uso de resonadores ópticos. Estos resonadores dejan entrar la luz pero no dejan salir los fotones fácilmente. Se reflejan repetidamente desde las paredes internas del resonador, interactuando constantemente con los átomos del interior. Por lo tanto, después de ser bombardeado con fotones, los átomos forman enlaces ultra fuertes con ellos, lo que facilita la creación de cuasipartículas.

"Una de las limitaciones de este método es que los polaritones solo pueden formarse con la fuente de luz presente constantemente. Significa que cuando apagamos la luz, todas las propiedades recién adquiridas volverán a su estado inicial. Adicionalmente, más de un átomo puede caber dentro de un resonador, que afecta negativamente al resultado, "explica Ivan Iorsh, profesor de la Facultad de Física e Ingeniería de la ITMO.

Como parte de un proyecto apoyado por la Russian Science Foundation, Los investigadores de la ITMO University tienen, en primer lugar, encontró una manera de proporcionar una comunicación más fuerte entre la luz y la materia, y segundo, someter a la luz toda una serie de átomos. Por ejemplo, demostraron que usar una guía de ondas (fibra óptica) en lugar de un resonador es un método más prometedor para cambiar los estados de la materia.

El principio fundamental se mantiene, pero los átomos están sujetos a los fotones de la guía de ondas en lugar de a los del resonador. Sin embargo, en este sistema, el acoplamiento es tan fuerte que se puede lograr el efecto deseado incluso sin usar iluminación externa. El estado de acoplamiento ultrafuerte demostrado por los físicos de ITMO resuelve parcialmente el problema de la memoria cuántica:su inestabilidad.

"La memoria cuántica garantiza una alta seguridad de la información almacenada, pero sigue siendo relativamente frágil. Cuando intente leer los datos protegidos de esta manera, existe la posibilidad de que lo pierda. Los polaritones son interesantes porque los fotones los hacen perfectos para almacenar unidades de información llamadas qubits, mientras que los átomos aseguran que puedan unirse con otras cuasipartículas y nos brindan más oportunidades para controlarlas. Por lo tanto, adquiriendo cuasipartículas de larga duración, podemos aumentar la resiliencia del sistema cuántico en su conjunto, "dice Ivan Iorsh.