Por primera vez, Los investigadores han logrado crear un fuerte acoplamiento entre sistemas cuánticos a gran distancia. Lo lograron con un método novedoso en el que un lazo láser conecta los sistemas, permitiendo un intercambio de información casi sin pérdidas y una fuerte interacción entre ellos. En el diario Ciencias , físicos de la Universidad de Basilea y la Universidad de Hannover informaron que el nuevo método abre nuevas posibilidades en redes cuánticas y tecnología de sensores cuánticos.

La tecnología cuántica es actualmente uno de los campos de investigación más activos a nivel mundial. Aprovecha las propiedades especiales de los estados de la mecánica cuántica de los átomos, luz, o nanoestructuras para desarrollar, por ejemplo, sensores novedosos para la medicina y la navegación, redes para procesamiento de información y potentes simuladores para ciencias de los materiales. Generar estos estados cuánticos normalmente requiere una fuerte interacción entre los sistemas involucrados, como entre varios átomos o nanoestructuras.

Hasta ahora, sin embargo, interacciones suficientemente fuertes se limitaron a distancias cortas. Típicamente, dos sistemas tenían que colocarse uno cerca del otro en el mismo chip a bajas temperaturas o en la misma cámara de vacío, donde interactúan a través de fuerzas electrostáticas o magnetostáticas. Acoplándolos a distancias más grandes, sin embargo, es necesario para muchas aplicaciones, como redes cuánticas o ciertos tipos de sensores.

Un equipo de físicos dirigido por el profesor Philipp Treutlein del Departamento de Física de la Universidad de Basilea y el Instituto Suizo de Nanociencia (SNI), ahora ha logrado por primera vez crear un fuerte acoplamiento entre dos sistemas a una mayor distancia en un ambiente a temperatura ambiente. En su experimento, Los investigadores utilizaron luz láser para acoplar las vibraciones de una membrana delgada de 100 nanómetros al movimiento del giro de los átomos a una distancia de un metro. Como resultado, cada vibración de la membrana pone en movimiento el giro de los átomos y viceversa.

Un bucle de luz actúa como un resorte mecánico.

El experimento se basa en un concepto que los investigadores desarrollaron junto con el físico teórico Profesor Klemens Hammerer de la Universidad de Hannover. Implica enviar un rayo de luz láser de un lado a otro entre los sistemas. "La luz entonces se comporta como un resorte mecánico estirado entre los átomos y la membrana, y transmite fuerzas entre los dos, "explica el Dr. Thomas Karg, quien realizó los experimentos como parte de su tesis doctoral en la Universidad de Basilea. En este bucle láser, las propiedades de la luz se pueden controlar de modo que no se pierda información sobre el movimiento de los dos sistemas en el entorno, asegurando así que la interacción de la mecánica cuántica no se vea perturbada.

Los investigadores ahora han logrado implementar este concepto experimentalmente por primera vez y lo han utilizado en una serie de experimentos. "El acoplamiento de los sistemas cuánticos con la luz es muy flexible y versátil, "explica Treutlein." Podemos controlar el rayo láser entre los sistemas, lo que nos permite generar diferentes tipos de interacciones que son útiles para sensores cuánticos, por ejemplo."

Una nueva herramienta para tecnologías cuánticas

Además de acoplar átomos con membranas nanomecánicas, el nuevo método también podría utilizarse en varios otros sistemas; por ejemplo, al acoplar bits cuánticos superconductores o sistemas de espín de estado sólido utilizados en la investigación de la computación cuántica. La nueva técnica para el acoplamiento mediado por luz podría utilizarse para interconectar dichos sistemas, creación de redes cuánticas para procesamiento de información y simulaciones. Treutlein está convencido:"Este es un nuevo, herramienta muy útil para nuestra caja de herramientas de tecnología cuántica ".