Las cuatro lentes rodean el resonador y se utilizan para enfocar los rayos láser que sostienen el átomo en el resonador y para observar el átomo. Crédito:Miguel Martinez-Dorantes / Universidad de Bonn
Supongamos que le permitieron vendar los ojos a la estrella del fútbol alemán Timo Werner y girarlo sobre su propio eje varias veces. Luego le pides que haga un tiro a ciegas. Sería extremadamente improbable que acertara en la meta.
No obstante, los físicos de Bonn lograron alcanzar una tasa de puntuación del 90 por ciento en una situación similar. Sin embargo, su jugador era casi 10 mil millones de veces más pequeño que el delantero estrella alemán, y mucho menos predecible.
Era un átomo de rubidio que los investigadores habían irradiado con luz láser. El átomo había absorbido energía de radiación y entró en un estado excitado. Esto tiene una vida útil definida. Posteriormente, el átomo libera la energía absorbida emitiendo una partícula de luz:un fotón.
La dirección en la que vuela este fotón es pura coincidencia. Sin embargo, esto cambia cuando el rubidio se coloca entre dos espejos paralelos, porque entonces el átomo prefiere disparar a uno de los espejos. En el ejemplo de Timo Werner, sería como si el gol atrajera mágicamente la pelota.
Este fenómeno se llama efecto Purcell. Su existencia se descubrió hace varias décadas. "Ahora hemos utilizado el efecto Purcell para la emisión dirigida de fotones por un átomo neutro, "explica el Dr. Wolfgang Alt del Instituto de Física Aplicada de la Universidad de Bonn.
La imagen muestra las dos fibras de vidrio (centro superior). Sus extremos están recubiertos de forma reflectante de modo que forman un llamado resonador. El átomo de rubidio se inserta entre ellos. Después de la excitación, luego irradia los fotones principalmente en la dirección de los espejos (y por lo tanto de las fibras de vidrio). Los espejos tienen un diámetro de solo 0,1 mm. Crédito:José Gallego / Universidad de Bonn
Hay un gran interés en el efecto Purcell, en parte porque hace posible la construcción de los llamados repetidores cuánticos. Estos son necesarios para transmitir información cuántica a largas distancias. Si bien es posible poner un fotón en un cierto estado cuántico y enviarlo a través de una guía de luz, esto solo se puede hacer a distancias limitadas; para distancias mayores, la señal debe almacenarse en búfer.
Los repetidores transmiten información cuántica
En el repetidor cuántico, el fotón es guiado a un átomo que lo traga y por lo tanto cambia a otro estado. En respuesta a un pulso de lectura con un rayo láser, el átomo escupe de nuevo la partícula de luz. Se retiene la información cuántica almacenada.
El fotón emitido ahora debe recogerse y devolverse a una guía de luz. Pero eso es difícil cuando el fotón se libera en una dirección aleatoria. "Hemos logrado forzar a los fotones en el camino entre los dos espejos usando el efecto Purcell, "explica Alt." Ahora hemos hecho que uno de los espejos sea parcialmente transmisivo y le hemos conectado una fibra de vidrio. Esto nos permitió introducir el fotón de manera relativamente eficiente en esta fibra ".
El efecto Purcell también tiene otra ventaja:acorta el tiempo que tarda el átomo de rubidio en almacenar y liberar la información cuántica. Esta ganancia de velocidad es extremadamente importante. Solo si el repetidor funciona lo suficientemente rápido puede comunicarse con el transmisor de la información, un llamado punto cuántico. Hoy dia, los puntos cuánticos se consideran la mejor fuente de fotones individuales para la transmisión de información cuántica, que está completamente a salvo de ser interceptado. "Nuestros experimentos llevan esta importante tecnología del futuro un paso más allá, "dice Alt.
