Crédito:Martin et al.
Se sabe que la luz tiene varias propiedades fundamentales, incluido el color, brillo, y dirección, la mayoría de los cuales son inmediatamente evidentes y pueden observarse a simple vista. En la actualidad existen varios instrumentos para detectar y medir estas propiedades, como contadores de fotones, detectores de uso frecuente en la investigación que miden el brillo contando cuantos de luz individuales. Crucialmente, algunos dispositivos existentes también pueden medir estas propiedades en el llamado límite cuántico, que es una barrera fundamental para la precisión de una medición.
Una propiedad de la luz que hasta ahora demostró ser bastante esquiva y difícil de medir en el límite cuántico es la fase de una onda de luz. Investigadores de la Universidad de California en Berkeley han implementado recientemente una propuesta presentada hace 25 años por uno de sus colaboradores que describía una posible forma de realizar mediciones óptimas de esta propiedad. también conocidas como medidas de fase canónica. En un artículo publicado en Física de la naturaleza , aplican un método confiable para implementar mediciones de fase canónica utilizando retroalimentación cuántica, que supera a todas las técnicas propuestas anteriormente.
"La fase y la potencia obedecen a una versión del principio de incertidumbre de Heisenberg, al igual que la posición y el impulso, "Leigh Martin, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo Phys.org. "Cuanto más sepa sobre uno, cuanto menos sepa del otro. Una propiedad extraña de una medición de fase canónica es que es completamente ajena al poder. En teoria, no puede diferenciar entre una luz cegadora y una oscuridad total, pero puede determinar de manera óptima la fase del campo de luz entrante ".
La técnica utilizada por los investigadores mide la fase de una onda de luz en el límite cuántico al no medir la potencia de la onda de luz. Para abstenerse de medir el poder, los investigadores sincronizaron su detector con el campo eléctrico entrante de una onda de luz, que oscila hacia arriba y hacia abajo. La altura de la onda a la que oscila este campo determina en última instancia la potencia de un haz de luz.
Un amplificador paramétrico de Josephson. Al aplicar comentarios a este dispositivo, los autores implementan una medida casi ideal de la fase de un fotón de microondas. Crédito:John Mark Kreikebaum.
"Si solo enciende el detector cuando la onda está entre 'arriba' y 'abajo, 'entonces el campo en ese momento es cero independientemente de la potencia total, "Martin explicó." El problema es que no sabes el momento en el que eso sucede a menos que ya conozcas la fase con la que empezar. Por lo tanto, adaptamos continuamente la sincronización de nuestro detector a medida que llega la señal, esencialmente cambiando la sincronización durante la llegada de un solo fotón ".
Los investigadores evaluaron la efectividad del nuevo sistema que idearon y descubrieron que podía recopilar con éxito mediciones de un solo disparo en un paquete de ondas de un fotón. Es más, su técnica excedió el estándar actual para la detección de heterodinos.
"A mi, este proyecto muestra cuánto podemos aprender y mejorar las mediciones utilizando efectos cuánticos, ", Dijo Martin." En este estudio específicamente, usamos un ejemplo de un fenómeno muy general, que es que si cambia su base de medición durante una medición cuántica, se puede medir una clase de observables mucho más grande de lo que se empezó a medir ".
En el futuro, la nueva técnica de medición podría utilizarse para realizar investigaciones que impliquen detectar y aprovechar la fase de las ondas de luz en el límite cuántico. En su trabajo futuro, Martin y sus colegas también planean explorar métodos de medición alternativos que exploten las fuertes no linealidades en los circuitos superconductores. una clase de circuitos de alta eficiencia sin resistencia eléctrica.
"La gente está muy entusiasmada con las plataformas de información cuántica, como los circuitos superconductores para la computación cuántica, pero hay muchas cosas que las hacen realmente especiales para hacer ciencia de la medición. como fuertes no linealidades de fotones y mediciones adaptativas, ", Dijo Martin." Espero seguir empujando los límites de la medición cuántica tanto en los circuitos superconductores como en el sistema con el que trabajo en este momento, centros vacantes de nitrógeno en diamante ".
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