Objetos macroscópicos en el régimen cuántico

Aclamada como un hito de la naturaleza, la optomecánica de cavidades explota la interacción entre fotones y espejos en experimentos de sobremesa. Permite estudiar objetos macroscópicos en el régimen en el que se ponen de manifiesto los efectos cuánticos. También encuentra prometedoras aplicaciones prácticas en campos como los sensores y la fotónica de silicio.

Un protocolo experimental habitual utiliza una diminuta cavidad óptica que confina la luz en todas las direcciones acoplada a un oscilador mecánico. La presión de radiación, que es la presión ejercida sobre cualquier superficie expuesta a radiación electromagnética, sirve para enfriar un resonador mecánico hacia el estado de movimiento cuántico estacionario. En ese sistema se centró el proyecto financiado con fondos europeos «Quantum phenomena in optomechanical systems» (QPOS).

Todos los experimentos combinaron un enfriamiento criogénico pasivo con enfriamiento óptico. El equipo desarrolló una nueva configuración experimental consistente en un nanohaz de nitruro de silicio acoplado electromagnéticamente o, más concretamente evanescentemente, a un resonador de microdisco de sílice. Tal configuración mostró una cooperatividad (una medida de la fuerza del acoplamiento) sin precedentes, haciendo posibles una serie de experimentos diferentes.

Utilizando ese sistema, el equipo llevó a cabo un largo estudio relacionado con el enfriamiento de retroalimentación (feedback cooling). Se trata de una técnica que utiliza el desplazamiento del oscilador para aplicar a éste una fuerza relacionada con dicho desplazamiento en un bucle de retroalimentación. Los investigadores consiguieron enfriar el modo mecánico fundamental de una nanocuerda a entre cinco y diez fonones, una medida de las oscilaciones colectivas en la materia condensada. Con el resultado se está preparando ahora un artículo.

En otros experimentos, el equipo demostró el significativo calentamiento debido a la absorción óptica que es preciso reducir para obtener un protocolo más limpio. También desarrollaron una configuración experimental y cálculos teóricos para estudiar otra fuente de pérdidas mecánicas, la dispersión y adsorción de fonones. La configuración experimental consiste en un resonador optomecánico de alta frecuencia con bajas pérdidas de anclaje. Pronto se implementará en experimentos a baja temperatura.

El proyecto QPOS ha conseguido desarrollar configuraciones experimentales innovadoras para investigar las interacciones optomecánicas que tienen lugar en la transición del régimen clásico al régimen cuántico. La puesta en práctica de algunas de ellas ya ha dado sus frutos en forma de resultados que se compartirán en varias publicaciones próximas.