El control cuántico de la luz y la materia

Los empeños por alcanzar un control pleno del estado cuántico de los átomos fríos y sus interacciones con los fotones han evolucionado y devenido en las nociones de interfaz cuántica e información cuántica basada en conjuntos atómicos. Se ha demostrado que estos sistemas podrían apuntalar la aplicación experimental del procesado y la captación de información basándose en ciertas características de la mecánica cuántica.

Sin embargo, estas aplicaciones tan avanzadas de los conjuntos atómicos fríos precisan métodos sofisticados de atrapamiento y refrigeración y también técnicas de diagnóstico. Unos científicos obtuvieron fondos de la UE para llevar a cabo el proyecto AAPLQIC (Light-phonon quantum interface with atomic arrays in a cavity), cuyo propósito era lograr avances en el marco teórico para el desarrollo de trampas ópticas en cavidades muy lisas.

Los investigadores indagaron en la posibilidad de atrapar cadenas de átomos en cavidades ópticas muy lisas con un volumen de modo pequeño. El problema de enfriar una única partícula atrapada en una cavidad se abordó de forma teórica y experimental. No obstante, hubo inconvenientes en cuanto a la estabilidad ante el enfriamiento simultáneo de múltiples partículas que conformasen un array.

Los científicos cumplieron su objetivo inicial, empezando por la conformación de un modelo teórico que describe la configuración general en la que el potencial de la cavidad óptica y el array de átomos presentan distinta periodicidad. La no homogeneidad de las trampas se consideró un factor determinante para asegurar el enfriamiento de todos los átomos mediante el acoplamiento global al modo de la cavidad.

Otra línea de trabajo del equipo de AAPLQIC consistió en establecer un protocolo para otorgar al movimiento colectivo de los átomos estados de relevancia de cara a la detección cuántica. Concretamente, el «apiñamiento» del movimiento colectivo de los átomos va acompañado de un entrelazamiento cuántico entre todos los átomos. Este nuevo método permite determinar con gran precisión el grado de apiñamiento del movimiento de los átomos.

El sistema experimental por el que se ha establecido una fuente nueva de luz cuántica ofrece un medio prometedor para lograr aplicaciones tecnológicas cuánticas. Los resultados preliminares se han dado ya a conocer a la comunidad científica. Los conocimientos adquiridos servirán para conocer más a fondo los efectos relacionados con la mecánica cuántica de la luz sobre los átomos a temperaturas bajas.