Un grupo de físicos de la Universidad de Wisconsin-Madison ha identificado condiciones bajo las cuales átomos relativamente distantes se comunican entre sí de formas que antes solo se habían visto en átomos más cercanos, un desarrollo que podría tener aplicaciones en la computación cuántica.

Los hallazgos de los físicos, publicado el 14 de octubre en la revista Revisión física A , abren nuevas perspectivas para la generación de átomos entrelazados, el término dado a los átomos que comparten información a grandes distancias, que son importantes para las comunicaciones cuánticas y el desarrollo de las computadoras cuánticas.

"Construir una computadora cuántica es muy difícil, por lo que un enfoque es crear módulos más pequeños que puedan comunicarse entre sí, "dice Deniz Yavuz, profesor de física de UW-Madison y autor principal del estudio. "Este efecto que estamos viendo podría usarse para aumentar la comunicación entre estos módulos".

El escenario que nos ocupa depende de la interacción entre la luz y los electrones que orbitan los átomos. Un electrón que ha sido golpeado con un fotón de luz puede excitarse a un estado de mayor energía. Pero los electrones detestan el exceso de energía, por lo que rápidamente lo desprenden emitiendo un fotón en un proceso conocido como desintegración. Los fotones que liberan los átomos tienen menos energía que los que impulsaron el electrón hacia arriba, el mismo fenómeno que hace que algunas sustancias químicas emitan fluorescencia. o alguna medusa para tener un anillo verde brillante.

"Ahora, el problema se vuelve muy interesante si tienes más de un átomo, "dice Yavuz." La presencia de otros átomos modifica la desintegración de cada átomo; se hablan ".

Si un solo átomo decae en un segundo, por ejemplo, entonces, un grupo del mismo tipo de átomo puede decaer en menos o más de un segundo. El tiempo depende de las condiciones, pero todos los átomos se desintegran al mismo ritmo, ya sea más rápido o más lentamente. Hasta aquí, este tipo de correlación solo se ha observado si los átomos están dentro de aproximadamente una longitud de onda de la luz emitida entre sí. Para átomos de rubidio, utilizado por Yavuz y sus colegas, significa dentro de 780 nanómetros, justo en el borde entre la longitud de onda de la luz roja e infrarroja.

Los científicos querían ver cómo las mayores distancias entre los átomos afectarían la desintegración de los átomos de rubidio. Si la idea predominante fuera correcta, entonces dos átomos de rubidio más separados que 780 nanómetros actuarían como átomos individuales, cada uno con el perfil de desintegración característico de un solo átomo.

En sus experimentos, Primero inmovilizaron un grupo de átomos de rubidio enfriándolos con láser a apenas un poco por encima del cero absoluto, la temperatura a la que cesa el movimiento atómico. Luego, hicieron brillar un láser a la longitud de onda de excitación del rubidio para energizar los electrones, que decaen mientras emiten un fotón a la característica 780 nm. Luego podrían medir la intensidad de ese fotón emitido a lo largo del tiempo y compararlo con el perfil de desintegración de un solo átomo de rubidio.

"En nuestro caso, demostramos que los átomos pueden estar tan lejos como cinco veces la longitud de onda, y aún así, estos efectos de grupo son pronunciados:la desintegración puede ser más rápida que si el átomo estuviera allí solo, o más lento, "Dice Yavuz." Lo segundo que mostramos es, si nos fijamos en la dinámica temporal de la desintegración, puede comenzar rápido y luego volverse más lento. Cambia y ese cambio nunca se había visto antes ".

Con estos nuevos conocimientos sobre la construcción de correlaciones entre átomos, Yavuz y su grupo de investigación están investigando las aplicaciones de computación cuántica de sus hallazgos. Están investigando qué condiciones experimentales conducen a diferentes tipos de estados correlacionados, lo que puede conducir al entrelazamiento y la transmisión eficiente de información cuántica.