Investigadores de Würzburg y Londres han construido las bases para un nuevo campo de la nanoóptica: han logrado controlar el acoplamiento de la luz y la materia a temperatura ambiente.
Publicar en una revista como Science Advances generalmente anuncia una innovación particularmente emocionante. Ahora, los físicos de la Julius-Maximilians-Universität Würzburg JMU en Alemania y el Imperial College London en el Reino Unido informan un acoplamiento controlado de la luz y la materia a temperatura ambiente..
Este logro es particularmente significativo ya que construye las bases para la realización de tecnologías cuánticas fotónicas prácticas. De hecho, si bien muchas demostraciones de procesos cuánticos ópticos requieren temperaturas criogénicas para proteger los estados cuánticos, el presente trabajo eleva los procesos cuánticos a temperatura ambiente yintroduce la capacidad de control: ambos elementos vitales de las tecnologías cuánticas, como las computadoras cuánticas, que en cierta medida "calculan con luz" y son muchas veces más potentes que las computadoras existentes
Los fotones emitidos son atrapados y reabsorbidos
Una partícula de luz fotón se genera cuando, por ejemplo, una molécula salida o un punto cuántico regresa a su estado fundamental de baja energía. Este proceso generalmente se conoce como emisión espontánea y generalmente es irreversible, es decir, un fotón emitido nosimplemente regrese al emisor para ser absorbido nuevamente.
Pero si el emisor está íntimamente acoplado a algo así como un elemento de almacenamiento de luz, un llamado resonador óptico, entonces el fotón emitido permanece cerca del emisor durante un período de tiempo suficientemente largo, lo que aumenta considerablemente su posibilidad de ser"Tal inversión de la emisión espontánea es de suma importancia para las tecnologías cuánticas y el procesamiento de la información, sobre todo porque facilita el intercambio de información cuántica entre la materia y la luz al tiempo que preserva las propiedades cuánticas de ambos", dice el profesor Ortwin Hess del Imperial College.
Es hora del espectáculo para nano resonadores plasmónicos
Sin embargo, este intercambio de información cuántica generalmente solo es posible a temperaturas muy bajas, lo que hace que las líneas espectrales de los emisores sean espectralmente muy nítidas y, por lo tanto, aumenta la probabilidad de absorción. Los equipos de profesores Bert Hecht y Ortwin Hess están ahora entre losgrupos pioneros en el mundo que han logrado alcanzar el estado de fuerte acoplamiento de luz y un único emisor cuántico punto cuántico a temperatura ambiente.
Para lograr la reabsorción de un fotón incluso a temperatura ambiente, los investigadores utilizan un nanoresonador plasmónico, que tiene la forma de una hendidura extremadamente estrecha en una fina capa de oro ". Este resonador nos permite concentrar espacialmente la energía electromagnética deun fotón almacenado en un área que no es mucho más grande que el punto cuántico en sí mismo ", explica el compañero de trabajo del profesor Hecht, Heiko Groß. Como resultado, el emisor vuelve a absorber el fotón almacenado.
Control preciso del acoplamiento entre emisor y resonador
Si bien otros investigadores ya han implementado ideas similares en sistemas como moléculas individuales, en el trabajo publicado ahora, los investigadores de Londres y Würzburg también han logrado controlar el acoplamiento entre el resonador y el emisor cuántico mediante la implementación de un método que permiteellos para cambiar continuamente el acoplamiento y, en particular, para encenderlo y apagarlo de manera precisa. El equipo logró esto conectando el nano-resonador a la punta de un microscopio de fuerza atómica. De esta manera pueden moverlo conprecisión nanométrica en las inmediaciones del emisor, en este caso, un punto cuántico.
Intercambio de energía ultrarrápido entre emisor y resonador
Sobre la base de su logro, los investigadores ahora esperan poder manipular de manera controlable el acoplamiento del punto cuántico y el resonador no solo cambiando su distancia sino también a través de estímulos externos, posiblemente incluso por fotones individuales. Esto daría como resultado un sin precedentes.Nuevas posibilidades en la ruta desafiante hacia la realización de computadoras cuánticas ópticas.
"Es claramente una característica muy útil que el intercambio de energía entre el punto cuántico y el resonador aquí ocurre extremadamente rápido", dice Groß. Esto resuelve el desafío de una configuración de baja temperatura: a temperaturas muy bajas, elLa oscilación de energía entre la luz y la materia se ralentiza significativamente por los largos tiempos de almacenamiento del resonador.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Julius-Maximilians-Universität Würzburg, JMU . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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