En la cámara rodeada de cobre en el centro de esta configuración en el Centro de Tecnologías Cuánticas en Singapur, los fotones rebotan en un solo átomo. Controlar tales interacciones es importante para la computación cuántica y la metrología. Crédito:Centro de Tecnologías Cuánticas, Universidad Nacional de Singapur
No es fácil hacer rebotar una sola partícula de luz en un solo átomo que tiene menos de una milmillonésima parte de un metro de ancho. Sin embargo, Los investigadores del Centro de Tecnologías Cuánticas de la Universidad Nacional de Singapur han demostrado que pueden duplicar las probabilidades de éxito. una innovación que podría ser útil en computación cuántica y metrología. Los hallazgos fueron publicados el 31 de octubre en Comunicaciones de la naturaleza .
En su experimento, investigadores Chin Yue Sum, Matthias Steiner y Christian Kurtsiefer dispararon un láser rojo a un átomo de rubidio cuidadosamente atrapado. Compararon la cantidad de luz que se dispersa cuando la luz proviene de una sola dirección, versus cuando viene de dos.
"Si un átomo envía un fotón, el fotón puede ir en cualquier dirección. Nuestra idea es que para obtener interacciones más fuertes entre fotones individuales y átomos individuales, queremos revertir todo lo que hace el átomo. Entonces aquí la iluminación viene de todas direcciones, "explica Steiner.
Primero, enfocaron el láser rojo a través de una lente de enfoque fuerte colocada frente al átomo. El átomo fue maniobrado para situarse en el punto focal de la lente. En esta configuración, aproximadamente 1 de cada 5 de los fotones láser rebotaron en el átomo.
Próximo, el equipo dividió el rayo láser, enviando la mitad del frente y la mitad de la parte posterior del átomo. En la parte trasera, el láser volvió a pasar a través de una lente de enfoque fuerte para alcanzar el átomo.
Esta configuración de doble lente se conoce como microscopía 4Pi. Es una técnica de imágenes de súper resolución inventada por el premio Nobel Stefan Hell. El nombre proviene de la forma en que se describen los ángulos en tres dimensiones:cuatro π describen una esfera completa.
Una técnica de imagen llamada microscopía 4Pi aumenta la resolución intercalando la muestra entre dos lentes de enfoque fuerte. Los investigadores cuánticos han demostrado que tomar prestado este truco de la lente puede impulsar las interacciones entre los fotones y un solo átomo. Crédito:Ale Cere / Centro de Tecnologías Cuánticas, Universidad Nacional de Singapur
Con la luz viniendo de ambos lados, el átomo se dispersó alrededor de 2 de cada 5 fotones, el doble de lo que se vio con una sola lente.
El átomo no solo cambió la dirección de los fotones, sino también su espaciamiento. En luz láser, los fotones están espaciados aleatoriamente, algunos llegan muy juntos y otros separados por grandes lagunas. El equipo detectó que, después de pasar el átomo, era menos probable que los fotones llegaran juntos. Esto es evidencia de una interacción entre los átomos y los fotones que es "no lineal".
"Hay mucha física para investigar en interacciones no lineales con fotones, "dice Chin. El efecto es crucial para procesar la información almacenada en la luz, por ejemplo en computación cuántica óptica.
