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El efecto recién observado hace que los átomos sean transparentes a ciertas frecuencias de luz.

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Concepción artística de átomos golpeando un láser en una cavidad óptica. Crédito: Estudio Ella Maru

Un fenómeno recién descubierto llamado transparencia inducida colectivamente (CIT) hace que grupos de átomos dejen de reflejar repentinamente la luz en ciertas frecuencias.

CIT se descubrió al confinar átomos de iterbio dentro de una fotocavidad, esencialmente una pequeña caja de luz, y dispararlos con un láser. Aunque la luz láser rebota en los átomos hasta cierto punto, a medida que se sintoniza la frecuencia de la luz, aparece una ventana transparente en la que la luz simplemente pasa a través de la cavidad sin obstrucciones.

dice Andrei Faraon (BS ’04) del Instituto de Tecnología de California (BS ’04), profesor William L. Valentine de Física Aplicada e Ingeniería Eléctrica y coautor de un artículo sobre el descubrimiento publicado el 26 de abril en la revista naturaleza. “Nuestra investigación se convirtió principalmente en un viaje para descubrir por qué”.

El análisis de la transparencia de la ventana indica que es el resultado de interacciones en la cavidad entre grupos de átomos y luz. Este fenómeno es similar a la interferencia destructiva, en la que las ondas de dos o más fuentes pueden cancelarse entre sí. Los grupos de átomos absorben y vuelven a emitir luz constantemente, lo que generalmente resulta en un reflejo de la luz láser. Sin embargo, en la frecuencia CIT, existe un equilibrio causado por la reemisión de luz de cada átomo en un conjunto, lo que conduce a una disminución en la reflectancia.

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“Un grupo de átomos que están fuertemente acoplados al mismo campo óptico puede dar lugar a resultados inesperados”, dice la coautora principal Mei Li, estudiante graduada de Caltech.

El resonador óptico, que tiene solo 20 μm de longitud e incluye características de menos de 1 μm, fue fabricado en el Instituto Kavli de Nanociencia en Caltech.

“A través de las técnicas tradicionales de medición de la óptica cuántica, hemos descubierto que nuestro sistema ha alcanzado un régimen inexplorado, lo que revela una nueva física”, dice el estudiante graduado Rikuto Fukumori, coautor principal del artículo.

Además del fenómeno de la transparencia, los investigadores también notaron que un grupo de átomos puede absorber y emitir luz de un láser mucho más rápido o mucho más lento en comparación con un solo átomo dependiendo de la intensidad del láser. Estos procesos, llamados superradiación y subducción, y su física subyacente aún son poco conocidos debido a la gran cantidad de partículas cuánticas que interactúan.

“Hemos podido observar y controlar las interacciones mecánicas cuánticas entre la luz y la materia a nanoescala”, dice el coautor Joonhee Choi, ex investigador postdoctoral en Caltech y ahora profesor asistente en Stanford.

Aunque la investigación es principalmente fundamental y amplía nuestra comprensión del misterioso mundo de los efectos cuánticos, este descubrimiento tiene el potencial de algún día ayudar a allanar el camino para memorias cuánticas más eficientes donde la información se almacena en una matriz de átomos altamente acoplados. Farron también trabajó para crear almacenamiento cuántico manipulando las interacciones de múltiples átomos de vanadio.

“Además de los recuerdos, estos sistemas experimentales brindan información importante sobre el desarrollo de comunicaciones futuras entre computadoras cuánticas”, dice Manuel Endres, profesor de física y académico de Rosenberg, coautor del estudio.

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más información:
Mi Lei et al, electrodinámica cuántica de múltiples cavidades con emisores no homogéneos accionados, naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05884-1

Información del diario:
naturaleza


Adelaida Cabello
Adelaida Cabello
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