Óptica cuántica, donde las interacciones de la luz y la materia se examinan a nivel microscópico, ha ganado premios Nobel, incluidos tres otorgados desde 2001, para algunos de los nombres más importantes de la ciencia. Sin embargo, incluso en este campo maduro, algo de física interesante permanece en gran parte inexplorada. Un equipo internacional de científicos de Technische Universität Wien (Austria), Universidad de Duke, Università degli Studi di Palermo e Istituto Nanoscienze CNR (Italia), y el Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. ha presentado un nuevo enfoque para la captura de fotones que puede localizar y almacenar un fotón, proporcionando otra opción para desentrañar la física complicada y manipular el estado cuántico de fotones individuales. Su trabajo fue publicado recientemente en Cartas de revisión física .

Colmillo de Yao-Lung (Leo), un científico computacional asistente del Grupo de Computación Cuántica en la Iniciativa de Ciencia Computacional de Brookhaven y coautor del artículo, explicó que una partícula que ocupa un estado enlazado estable está confinada en el espacio, como un electrón que orbita alrededor de un átomo de hidrógeno. Sin embargo, los estados ligados generalmente están desconectados del espectro de energía continuo, es decir, fuera del continuo — del sistema. Esto hace que los estados ligados en el continuo (BIC) sean un fenómeno físico interesante pero difícil de estudiar. De hecho, Fang señaló que BIC es un tema de investigación activo en muchos campos científicos y de ingeniería.

En algunas configuraciones de guías de ondas de átomos (un banco de pruebas donde un canal óptico unidimensional está fuertemente acoplado a los átomos) puede existir un BIC que consiste en excitaciones colectivas de luz y materia. Armado con este conocimiento, Fang y sus colegas determinaron un nuevo enfoque para entusiasmar al BIC, que anteriormente se pensaba que era posible solo con la emisión espontánea de fotones. A diferencia de los enfoques convencionales que requieren controlar la propagación de la luz en un medio, su método de excitación proporcionó una nueva forma de atrapar fotones individuales sin ralentizar la luz.

"Cuando Francesco [Ciccarello, coautor del artículo] nos planteó por primera vez esta idea de entusiasmar al BIC, Estaba un poco escéptico "Dijo Fang." Pero, después de que nos sentamos y lo analizamos a fondo, resulta que tenía razón. ¡Realmente funciona!"

El equipo consideró el BIC en dos bancos de pruebas, incluyendo una guía de ondas abierta acoplada a un par de átomos distantes. Emocionar el BIC también requería dos ingredientes importantes:un paquete de ondas de fotones múltiples y un retraso de tiempo sustancial (tiempo de ida y vuelta para que los fotones se propaguen entre dos objetos distantes). Fang y sus colegas descubrieron que al diseñar adecuadamente el retardo de tiempo y los parámetros de onda, podrían enviar dos fotones y atrapar uno con más del 80 por ciento de probabilidad. Con parámetros mejorados, ellos esperan eso, en principio, es posible una captura perfecta. El resultado proporciona un ejemplo alternativo para investigar la dinámica cuántica en un sistema no lineal. Sucesivamente, esto puede informar amplias áreas de investigación que involucran la física cuántica de muchos cuerpos, donde los sistemas están compuestos por numerosas partículas que interactúan mecánicamente cuántica.

"Teníamos que tener un retraso de tiempo finito para maximizar la trampa, "Dijo Fang." El valor es que el método puede beneficiar a las memorias cuánticas, redes, e informática. Por ejemplo, Las computadoras cuánticas necesitan almacenar un fotón y recuperarlo cuando sea necesario. Debido a que los fotones se mueven a la velocidad de la luz y no pueden detenerse, tenemos que ralentizarlos para que puedan almacenarse. Ahora, tenemos una nueva, mecanismo verificable para almacenar un fotón ".

Fang reconoció que el trabajo de dispersión de fotones del equipo también difiere debido a su influencia por la dinámica no markoviana. que puede ser difícil de abordar debido a cómo los estados anteriores influyen en los estados subsiguientes en un sistema.

"Existe un interés general en la física no markoviana, de sistemas totalmente ópticos, incluyendo microondas y láseres, AMO [atómico, molecular, y óptica] desde la física hasta la optomecánica, y una firma típica es la desviación de la desintegración exponencial pura, ", explicó." Hay grandes dificultades técnicas en el estudio de los efectos de muchos cuerpos con retraso de tiempo. En dinámicas no markovianas con efectos de retardo, nuestro estudio presenta un sistema modelo con física similar que se puede resolver numéricamente para permitir que los físicos infieran y examinen lo que sucede en estos sistemas ".

Por último, Fang señaló, existe un gran potencial para aprovechar el BIC, como para crear una puerta de entrelazamiento de dos qubit para computadoras cuánticas o incluso imaginar la comunicación a larga distancia a través de redes cuánticas.

"Al entusiasmar al BIC, se puede crear un entrelazamiento finito entre dos nodos distantes en una red cuántica, ", dijo." Hay muchas formas en que el método podría proporcionar esquemas impactantes para otros trabajos y en áreas científicas emergentes ".