Las trampas nanoópticas son un pilar prometedor para las tecnologías cuánticas. Los científicos austriacos y alemanes han eliminado ahora un obstáculo importante para su uso práctico. Pudieron demostrar que una forma especial de vibración mecánica calienta las partículas atrapadas en muy poco tiempo y las saca de la trampa.

Controlando átomos individuales, Las propiedades cuánticas se pueden investigar y hacer utilizables para aplicaciones tecnológicas. Durante unos diez años, Los físicos han estado trabajando en una tecnología que puede capturar y controlar átomos:las llamadas trampas nanoópticas.

La técnica de capturar objetos microscópicos con luz conocida de pinzas ópticas se aplica a guías de ondas ópticas, en este caso una fibra de vidrio especial. La fibra de vidrio puede tener solo unos pocos cientos de nanómetros de espesor, es decir, aproximadamente 100 veces más delgado que un cabello humano. La luz láser de diferentes frecuencias se envía a la fibra de vidrio, creando un campo de luz alrededor de la guía de ondas que puede contener átomos individuales.

Hasta ahora, sin embargo, la aplicabilidad de esta tecnología se ha visto limitada por el hecho de que los átomos se han calentado mucho después de un tiempo muy corto y se han perdido. La velocidad de calentamiento fue tres órdenes de magnitud mayor que con las pinzas ópticas, donde el campo de luz se genera en el espacio libre. A pesar de una intensa búsqueda, anteriormente no había sido posible determinar la causa.

Ahora, Daniel Hümmer y Oriol Romero-Isart del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia de Ciencias de Austria y el Departamento de Física Teórica de la Universidad de Innsbruck en cooperación con Philipp Schneeweiss y Arno Rauschenbeutel de la Universidad Humboldt de Berlín han analizado cuidadosamente el sistema. Con su modelo teórico, pudieron demostrar que una cierta forma de vibración mecánica de la fibra de vidrio es responsable del fuerte calentamiento de las partículas.

Así lo informan los físicos en la revista Revisión física X ("Calentamiento en trampas nanofotónicas para átomos fríos").

Vibraciones mecanicas

"Estas son las vibraciones que surgen cuando dejas que las ondas viajen a lo largo de una cuerda, "explica Daniel Hümmer." Las partículas, que flotan solo unos 200 nanómetros por encima de la superficie de la guía de ondas, se calienta muy rápidamente debido a estas vibraciones ".

La velocidad de calentamiento que ahora se ha determinado teóricamente concuerda muy bien con los resultados experimentales. Este hallazgo tiene importantes consecuencias para las aplicaciones:por un lado, la tecnología se puede mejorar significativamente con simples contramedidas. Los tiempos de coherencia más largos permiten experimentos y aplicaciones más complejos. Por otra parte, los físicos sospechan que sus hallazgos también podrían ser útiles para muchas trampas nanofotónicas similares. El modelo teórico que han publicado ahora proporciona pautas esenciales para el diseño de tales trampas atómicas.

"Al fabricar estas trampas, no solo deben tenerse en cuenta las propiedades ópticas, sino también las propiedades mecánicas, "subraya Oriol Romero-Isart." Nuestros cálculos aquí dan indicaciones importantes sobre qué efectos mecánicos son más relevantes ".

Dado que la fuerza de la interacción entre átomos y fotones individuales es particularmente alta en las trampas nanoópticas, un problema con el que luchan muchos otros conceptos, esta tecnología abre la puerta a un nuevo campo de la física. En los últimos años ya se han hecho muchas consideraciones teóricas. Los físicos de Austria y Alemania ya han despejado un gran obstáculo en el camino hacia allí.