Los átomos se vuelven transparentes a ciertas frecuencias de luz

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

Los investigadores de Caltech han descubierto un nuevo fenómeno, la “transparencia inducida colectivamente” (CIT), en la que la luz pasa sin obstáculos a través de grupos de átomos a ciertas frecuencias. Este hallazgo podría mejorar potencialmente los sistemas de memoria cuántica.

Un fenómeno recién descubierto denominado “transparencia inducida colectivamente” (CIT) hace que grupos de átomos dejen de reflejar abruptamente la luz en frecuencias específicas.

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

“Nunca supimos que existía esta ventana de transparencia”, dice Andrei Faraon (BS ’04) de Caltech, profesor de física aplicada e ingeniería eléctrica William L. Valentine y coautor de un artículo sobre el descubrimiento que se publicó el 26 de abril en el periódico Naturaleza. “Nuestra investigación se ha convertido principalmente en un viaje para descubrir por qué”.

Un análisis de la ventana de transparencia apunta a 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 anularse entre sí. Los grupos de átomos absorben y vuelven a emitir luz continuamente, lo que generalmente da como resultado el reflejo de la luz del láser. Sin embargo, en la frecuencia CIT, existe un equilibrio creado por la luz reemitida de cada uno de los átomos en un grupo, lo que resulta en una caída en la reflexión.

“Un conjunto de átomos fuertemente acoplados al mismo campo óptico puede conducir a resultados inesperados”, dice el coautor principal Mi Lei, estudiante graduado en Caltech.

El resonador óptico, que mide solo 20 micras de largo e incluye características de menos de 1 micra, fue fabricado en el Instituto de Nanociencia Kavli en Caltech.

“A través de técnicas de medición de óptica cuántica convencionales, descubrimos que nuestro sistema había alcanzado un régimen inexplorado, revelando una nueva física”, dice el estudiante graduado Rikuto Fukumori, coautor principal del artículo.

Además del fenómeno de transparencia, los investigadores también observaron que la colección de átomos puede absorber y emitir luz del láser mucho más rápido o mucho más lento en comparación con un solo

” data-gt-translate-attributes=”[{“atributo=””>átomo[{“attribute=””>atom dependiendo de la intensidad del láser. Estos procesos, llamados superradiancia y subradiancia, y su física subyacente aún no se conocen bien debido a la gran cantidad de partículas cuánticas que interactúan.

“Pudimos monitorear y controlar las interacciones mecánicas cuánticas luz-materia en

” data-gt-translate-attributes=”[{“atributo=””>nanoescala[{“attribute=””>nanoscale”, dice el coautor correspondiente Joonhee Choi, ex becario postdoctoral en Caltech que ahora es profesor asistente en la Universidad de 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 hacia memorias cuánticas más eficientes en las que la información se almacena en un conjunto de átomos fuertemente acoplados. Faraon también ha trabajado en la creación de almacenamiento cuántico mediante la manipulación de las interacciones de múltiples átomos de vanadio.

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

Referencia: “Electrodinámica cuántica de cavidades de muchos cuerpos con emisores no homogéneos accionados” por Mi Lei, Rikuto Fukumori, Jake Rochman, Bihui Zhu, Manuel Endres, Joonhee Choi y Andrei Faraon, 26 de abril de 2023, Naturaleza.
DOI: 10.1038/s41586-023-05884-1

Los coautores incluyen a Bihui Zhu de la Universidad de Oklahoma y Jake Rochman (MS ’19, PhD ’22). Esta investigación fue financiada por el Departamento de Energía, la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Gordon y Betty Moore y la Oficina de Investigación Naval.