En una colaboración entre la Universidad de Aarhus y la Universidad del Sur de Dinamarca, Los investigadores han descubierto una forma de restar un solo cuanto de luz de un rayo láser. Este trabajo ha sido publicado recientemente en Cartas de revisión física . El método allana el camino hacia la futura comunicación y computación cuántica utilizando la mecánica cuántica para aplicaciones tecnológicas.
La luz está formada por pequeños paquetes indivisibles de energía, o partículas, conocidos como fotones. Una propiedad definitoria de los fotones es que no interactúan, simplemente pasándose unos a otros totalmente intactos. En el contexto de la comunicación cuántica, Esta es una caracteristica muy útil, ya que, en última instancia, permite la transmisión con bajas pérdidas de datos codificados ópticamente a distancias muy grandes. Sin embargo, muchas ideas emergentes para el procesamiento de información cuántica se beneficiarían enormemente de la capacidad de hacer que dos fotones interactúen de tal manera que uno afecte la propagación o el estado del otro.
En años recientes, Los gases atómicos ultrafríos han demostrado ser un medio ideal para manipular la luz. Por ejemplo, utilizando una técnica conocida como transparencia inducida electromagnéticamente, los investigadores pueden modificar drásticamente la velocidad de propagación de la luz y reducir la velocidad de la luz a velocidades asombrosamente lentas de solo unos pocos metros por segundo.
Quizás aún más notable, la luz se puede detener convirtiendo los fotones en excitaciones atómicas dentro del medio. Invirtiendo este proceso y mapeando las excitaciones en fotones, este procedimiento realiza una memoria cuántica fotónica en la que los fotones pueden almacenarse temporalmente y recuperarse bajo demanda.
Junto con el equipo de la Universidad de Aarhus y colaboradores del Joint Quantum Institute de la Universidad de Maryland, el equipo experimental de Odense ha implementado una memoria fotónica de este tipo, pero con una forma especial de gas atómico en el que los átomos constituyentes presentan fuertes interacciones.
Esto efectivamente hace que los fotones se detecten entre sí en la memoria cuántica, permitiendo a los investigadores manipular la luz a un nivel no lineal. Usando esta idea, los grupos han ideado y demostrado una forma novedosa de restar un solo fotón de un haz óptico mediante el uso de otro haz de luz.
La idea general es primero almacenar un campo óptico, y luego enviar otro a través del medio. Los fotones del segundo haz detectan los fotones almacenados e interactúan con ellos de tal manera que se marca un solo fotón y luego se descarta al recuperarlo. Ser despojado de un solo fotón, el haz de luz original queda en un estado cuántico peculiar que en sí mismo tiene numerosas aplicaciones científicas y tecnológicas.
En efecto, la idea subyacente de manipular fotones utilizando una memoria cuántica no lineal es prometedora para muchas aplicaciones en la ciencia de la información cuántica. Si bien se requieren más estudios antes de que tales capacidades se vuelvan completamente prácticas, El prototipo de sustractor de fotones demostrado es un hito importante hacia las tecnologías cuánticas basadas en la interacción de fotones.
