Los sensores son un pilar del Internet de las cosas, ya que proporcionan los datos para controlar todo tipo de objetos. Aquí, la precisión es esencial, y aquí es donde las tecnologías cuánticas podrían marcar la diferencia. Investigadores en Innsbruck y Zúrich ahora están demostrando cómo las nanopartículas en diminutos resonadores ópticos pueden transferirse a un régimen cuántico y usarse como sensores de alta precisión.

Los avances en física cuántica ofrecen nuevas oportunidades para mejorar significativamente la precisión de los sensores y así habilitar nuevas tecnologías. Un equipo liderado por 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 y un equipo liderado por Romain Quidant de ETH Zurich ahora proponen un nuevo concepto para un sensor cuántico de alta precisión. Los investigadores sugieren que las fluctuaciones de movimiento de una nanopartícula atrapada en un resonador óptico microscópico podrían reducirse significativamente por debajo del movimiento de punto cero al explotar la dinámica inestable rápida del sistema.

Partícula atrapada entre espejos

La compresión cuántica mecánica reduce la incertidumbre de las fluctuaciones de movimiento por debajo del movimiento de punto cero y se ha demostrado experimentalmente en el pasado con resonadores micromecánicos en el régimen cuántico. Los investigadores proponen ahora un enfoque novedoso, especialmente adaptado a los sistemas mecánicos levitados. "Demostramos que se puede utilizar una cavidad óptica diseñada correctamente para exprimir rápida y fuertemente el movimiento de una nanopartícula levitada", dice Katja Kustura del equipo de Oriol Romero-Isart en Innsbruck. En un resonador óptico, la luz se refleja entre espejos e interactúa con la nanopartícula levitada. Tal interacción puede dar lugar a inestabilidades dinámicas, que a menudo se consideran indeseables. Los investigadores ahora muestran cómo se pueden utilizar como recurso. "En el presente trabajo, mostramos cómo, al controlar adecuadamente estas inestabilidades, la dinámica inestable resultante de un oscilador mecánico dentro de una cavidad óptica conduce a la compresión mecánica", dice Kustura. El nuevo protocolo es robusto en presencia de disipación, lo que lo hace particularmente factible en optomecánica levitada. En el artículo, publicado en la revista Physical Review Letters , los investigadores aplican este enfoque a una nanopartícula de sílice acoplada a una microcavidad mediante dispersión coherente. “Este ejemplo demuestra que podemos exprimir la partícula en órdenes de magnitud por debajo del movimiento de punto cero, incluso partiendo de un estado térmico inicial”, se complace en decir Oriol Romero-Isart.

El trabajo proporciona un nuevo uso de las cavidades ópticas como exprimidores cuánticos mecánicos y sugiere una nueva ruta viable en la optomecánica levitada más allá del enfriamiento del estado fundamental cuántico. Por lo tanto, los microrresonadores ofrecen una nueva plataforma interesante para el diseño de sensores cuánticos, que podrían usarse, por ejemplo, en misiones satelitales, automóviles autónomos y en sismología. + Explora más

Partículas cuánticas:tiradas y comprimidas