Un equipo de físicos de la Universidad de Cambridge ha conseguido medir la compresión de la luz en un único fotón gracias al empleo de átomos artificiales. Aunque las bases de este método habían sido propuestas hace más de treinta años, hasta ahora se pensaba que era imposible realizar este experimento.
La compresión es uno de los fenómenos más extraños de la física cuántica y consiste en crear una forma específica de luz que genera poco ruido y puede ser utilizada en aparatos tecnológicos diseñados para captar señales débiles, como las ondas gravitacionales. Los expertos consideran que podría provocar grandes adelantos en el campo de la computación.
Hasta ahora, el procedimiento habitual para realizar esta compresión consistía en disparar un fuerte rayo láser sobre un material, normalmente cristal óptico no lineal, que es en el que se produce este efecto.
Sin embargo, también existía otra teoría, conocida como compresión de la resonancia de fluorescencia, que postula que se puede lograr este mismo fenómeno al estimular un único átomo con una pequeña cantidad de luz.
Aunque las bases matemáticas de este método habían sido propuestas hace más de treinta años, el experimento necesario para medir su validez era tan complicado que algunos libros de texto habían llegado a asegurar que su realización era imposible.
“Es uno de esos casos en los que los teóricos proponen una cuestión fundamental sobre la cual, tras años de pruebas, la gente concluye que no se puede determinar si es verdad”, asegura Mete Atature, investigador de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) que ha liderado a un grupo de físicos británicos para conseguir superar este reto.
Según explican en el artículo publicado en Nature, los expertos consiguieron demostrar la compresión de partículas individuales de luz –fotones– gracias a la utilización de un átomo fabricado artificialmente, conocido como punto cuántico semiconductor.
“Las propiedades ópticas de los átomos artificiales son superiores a las de los naturales, por lo que pudimos alcanzar las condiciones necesarias para observar esta propiedad fundamental de los fotones y demostrar que el fenómeno de la compresión existe en cada uno de ellos”, aclara Atature.
“El resultado es un efecto muy extraño cuyo análisis va contra algunas de nuestras expectativas sobre lo que los fotones deberían hacer”, añade.
A la izquierda, diagrama la actividad electromagnética de la luz normal; a la derecha, la de la luz comprimida / Mete Atature
Diagrama de forma comprimida
Para realizar este experimento, los investigadores tuvieron que realizar una compensación entre lo que se podía medir y lo que no.
Al dispersar la luz láser leve del punto cuántico, provocaban que el ruido del campo electromagnético fuera reducido a un nivel extremadamente bajo y preciso, por debajo de la base estándar de las fluctuaciones cuánticas de la energía en el vacío. A cambio, en consonancia con el principio de incertidumbre de Heisenberg, esto implicaba hacer que otras partes del campo electromagnético fueran menos medibles.
Como resultado de este balance, la forma del diagrama que medía la actividad electromagnética presentaba una forma aplastada, de donde deriva la denominación de luz comprimida.
Según destaca Atature, el objetivo principal del estudio fue intentar observar esta propiedad en los fotones individuales, ya que no había sido contemplada nunca antes.
“Es lo mismo que querer ver Plutón en detalle o establecer si los pentaquarks existen, es algo que en este momento no tiene aplicaciones obvias pero que es importante porque nos permite saber más de lo conocíamos antes”, explica.
“Lo hacemos porque somos curiosos y queremos descubrir nuevas cosas. Esa es la esencia de lo que es la ciencia”, concluye.
Referencia bibliográfica:
Atature, M. et al. “Quadrature squeezed photons from a two-level system” Nature 31 Agosto.
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