En el reino cuántico en algunas circunstancias y con los patrones de interferencia adecuados, la luz puede atravesar medios opacos.

Esta característica de la luz es más que un truco matemático; memoria cuántica óptica, el almacenamiento óptico y otros sistemas que dependen de las interacciones de unos pocos fotones a la vez dependen del proceso, llamada transparencia inducida electromagnéticamente, también conocido como EIT.

Debido a su utilidad en tecnologías ópticas y cuánticas existentes y emergentes, los investigadores están interesados ​​en la capacidad de manipular la EIT sin la introducción de una influencia externa, como fotones adicionales que podrían perturbar el ya delicado sistema. Ahora, Los investigadores de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis han ideado un sistema de resonador óptico totalmente contenido que se puede utilizar para activar y desactivar la transparencia. permitiendo una medida de control que tiene implicaciones en una amplia variedad de aplicaciones.

El grupo publicó los resultados de la investigación, realizado en el laboratorio de Lan Yang, el profesor Edwin H. &Florence G. Skinner en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas de Preston M. Green, en un artículo titulado Transparencia inducida electromagnéticamente en un punto quiral excepcional en la edición del 13 de enero de Física de la naturaleza .

Un sistema de resonador óptico es análogo a un circuito resonante electrónico, pero utiliza fotones en lugar de electrones. Los resonadores vienen en diferentes formas, pero todos involucran material reflectante que captura la luz durante un período de tiempo mientras rebota hacia adelante y hacia atrás entre o alrededor de su superficie. Estos componentes se encuentran en cualquier cosa, desde láseres hasta dispositivos de medición de alta precisión.

Para su investigación, El equipo de Yang utilizó un tipo de resonador conocido como resonador en modo galería susurrante (WGMR). Funciona de manera similar a la galería de susurros en la Catedral de San Pablo, donde una persona en un lado de la habitación puede escuchar a una persona susurrando en el otro lado. Lo que hace la catedral con el sonido, sin embargo, Los WGMR funcionan con la luz:atrapan la luz a medida que se refleja y rebota a lo largo del perímetro curvo.

En un sistema idealizado, una línea de fibra óptica se cruza con un resonador, un anillo hecho de sílice, en una tangente. Cuando un fotón en la línea se encuentra con el resonador, se abalanza sobre reflejándose y propagándose a lo largo del anillo, saliendo a la fibra en la misma dirección en la que se dirigió inicialmente.

Realidad, sin embargo, rara vez es tan ordenado.

"La fabricación en resonadores de alta calidad no es perfecta, "Dijo Yang." Siempre hay algún defecto, o polvo, que dispersa la luz ". Lo que en realidad sucede es que parte de la luz dispersa cambia de dirección, dejando el resonador y viajando de regreso en la dirección de donde vino. Los efectos de dispersión dispersan la luz, y no sale del sistema.

Imagine una caja alrededor del sistema:si la luz entrara en la caja por la izquierda, luego salió por el lado derecho, la caja parecería transparente. Pero si la luz que entró se dispersó y no salió, la caja parecería opaca.

Debido a que las imperfecciones de fabricación en los resonadores son inconsistentes e impredecibles, también lo era la transparencia. La luz que entra en tales sistemas se dispersa y finalmente pierde su fuerza; es absorbido por el resonador, haciendo que el sistema sea opaco.

En el sistema ideado por los co-primeros autores Changqing Wang, un doctorado candidato, y Xuefeng Jiang, un investigador en el laboratorio de Yang, hay dos WGMR acoplados indirectamente por una línea de fibra óptica. El primer resonador es de mayor calidad, teniendo solo una imperfección. Wang agregó un material puntiagudo diminuto que actúa como una nanopartícula al resonador de alta calidad. Moviendo la partícula improvisada, Wang pudo "afinarlo", controlando la forma en que se dispersa la luz del interior.

En tono rimbombante, también pudo ajustar el resonador a lo que se conoce como un "punto excepcional, "un punto en el que puede existir un solo estado. En este caso, el estado es la dirección de la luz en el resonador:en sentido horario o antihorario.

Para el experimento, los investigadores dirigieron la luz hacia un par de resonadores acoplados indirectamente desde la izquierda (ver ilustración). La onda de luz entró en el primer resonador, que fue "sintonizado" para asegurar que la luz viajara en el sentido de las agujas del reloj. La luz rebotó alrededor del perímetro, luego salió, continuando a lo largo de la fibra hasta el segundo, resonador de menor calidad.

Allí, la luz fue dispersada por las imperfecciones del resonador y parte de ella comenzó a viajar en sentido contrario a las agujas del reloj a lo largo del perímetro. La onda de luz luego regresó a la fibra, pero se dirigió hacia el primer resonador.

Críticamente, Los investigadores no solo usaron la nanopartícula en el primer resonador para hacer que las ondas de luz se movieran en el sentido de las agujas del reloj, también lo sintonizaron de manera que, a medida que las ondas de luz se propagaban de un lado a otro entre resonadores, se formaría un patrón de interferencia especial. Como resultado de ese patrón, la luz de los resonadores se anuló, por así decirlo, permitiendo que la luz que viaja a lo largo de la fibra pase, haciendo que el sistema sea transparente.

Sería como si alguien iluminara una pared de ladrillos:no pasaría ninguna luz. Pero luego otra persona con otra linterna la iluminó en el mismo lugar y, de repente, ese punto en la pared se volvió transparente.

Una de las funciones más importantes e interesantes de la EIT es su capacidad para crear "luz lenta". La velocidad de la luz es siempre constante pero el valor real de esa velocidad puede cambiar según las propiedades del medio a través del cual se mueve. En un aspirador, la luz siempre viaja a 300, 000, 000 metros por segundo.

Con EIT, la gente ha ralentizado la luz a leight metros por segundo, Dijo Wang. "Eso puede tener una influencia significativa en el almacenamiento de información sobre la luz. Si la luz se ralentiza, tenemos tiempo suficiente para usar la información codificada para la computación cuántica óptica o la comunicación óptica ". Si los ingenieros pueden controlar mejor la EIT, pueden depender de manera más confiable de la luz lenta para estas aplicaciones.

La manipulación de EIT también podría utilizarse en el desarrollo de la comunicación a larga distancia. Un resonador de sintonización se puede acoplar indirectamente a otro resonador a kilómetros de distancia a lo largo del mismo cable de fibra óptica. "Podrías cambiar la luz transmitida a lo largo de la línea, "Dijo Yang.

Esto podría ser crítico para, entre otras cosas, cifrado cuántico.