Control no destructivo de átomos individuales

Una red óptica es un campo potencial óptico periódico (su energía potencial depende del espacio) creado por la interferencia de rayos láser de propagación contraria. La dinámica de los átomos ultrafríos en redes ópticas es muy similar a la de los sistemas de estado sólido, pero con una pureza, regularidad y ajustabilidad superiores. Esto convierte a las redes ópticas en un banco de pruebas productivo para realizar las predicciones más emocionantes de la ingeniería cuántica.

Con el apoyo de la Unión Europea al proyecto «Quantum control: Manipulating and interfacing selected atoms in optical lattices with light» (QNDLATTICE), un equipo de científicos se propuso combinar el estudio de los átomos ultrafríos en redes ópticas con mediciones no destructivas (sin demolición cuántica o QND, por sus siglas en inglés). Las mediciones QND utilizan la interacción de la luz con los estados atómicos en redes ópticas. Estas mediciones permiten observar un sistema cuántico sin alterarlo debido a las interferencias con el propio aparato de medición.

Se logró generar imágenes ópticas de una posición individual de la red justo antes del inicio de la subvención de reintegración, pero el enfoque óptico es caro y técnicamente bastante complicado. Durante la fase de reintegración, los investigadores se centraron en la detección y manipulación QND en la red óptica. Además de ser más simple, esta técnica es más sensible debido a que aprovecha una frecuencia relativamente fácil de controlar.

Dada la carencia de base teórica sobre la fusión de los dos campos, el grupo de QNDLATTICE desarrolló el código requerido para las simulaciones. Esto permitió a los científicos crear y divulgar nuevas arquitecturas para la computación cuántica escalable, la atomtrónica y el control cuántico de estados de muchos cuerpos utilizando mediciones QND. El desarrollo de un nuevo sistema láser para la generación de imágenes QND de átomos ultrafríos permitió realizar el primer sondeo de tales átomos en redes ópticas utilizando la interacción de Faraday (de la luz y un campo magnético).

Además, se ha producido la instalación experimental y la base teórica para la manipulación QND de posiciones individuales en una red óptica. Se espera alcanzar el objetivo durante el último semestre del proyecto. El acceso a un sistema experimental de bajo coste y relativamente sencillo para manipular el espín de un solo átomo abrirá una nueva puerta de acceso al mundo cuántico. Este sistema constituirá una herramienta muy valiosa en las manos de los mejores y más brillantes investigadores.