Un interruptor de luz de un solo átomo

Con un solo átomo, se puede cambiar la luz entre dos cables de fibra óptica en la Universidad Tecnológica de Viena. Esta opción habilita fenómenos cuánticos que se podrán utilizar en la tecnología de la información y comunicación

Los cables de fibra óptica se convierten en un laboratorio cuántico: los científicos están tratando de construir interruptores ópticos de la escala más pequeña posible con el fin de manipular la luz. En la Universidad Tecnológica de Viena, esto ahora se puede hacer con un único átomo. Los cables de fibra de vidrio convencionales, que se utilizan para la transferencia de datos de Internet, pueden ser interconectados por pequeños sistemas cuánticos.

La luz en una botella

El profesor Arno Rauschenbeutel y su equipo de la Universidad Tecnológica de Viena capturan luz en los llamados «resonadores botella». En la superficie de estos globosos objetos de vidrio, la luz se mueve en círculos. Si se pone un resonador en las proximidades de una fibra de vidrio que lleva luz y se los junta, los dos sistemas se acoplan y la luz puede cruzar desde la fibra de vidrio al resonador botella.

«Cuando la circunferencia del resonador es igual a la longitud de onda de la luz, podemos hacer que el cien por ciento de la luz de la fibra de vidrio ingrese en el resonador botella; y desde allí se puede pasar a una segunda fibra de vidrio», explica Arno Rauschenbeutel.

Un átomo de rubidio como un interruptor de luz

Este sistema, que consta de la fibra de entrada, el resonador y la fibra de salida, es extremadamente sensible: «Cuando tomamos un solo átomo de rubidio y lo ponemos en contacto con el resonador, el comportamiento del sistema puede cambiar dramáticamente», dice Rauschenbeutel. Si la luz está en resonancia con el átomo, es posible mantener toda la luz en la fibra de vidrio original, y nada de ella se traslada al resonador botella y la fibra de vidrio de salida. Por lo tanto, el átomo actúa como un interruptor que vuelve a dirigir una luz o la otra fibra.

Ambas situaciones a la vez: el interruptor cuántico

En el siguiente paso, los científicos planean aprovechar el hecho de que el átomo de rubidio puede ocupar diferentes estados cuánticos, y en sólo uno de ellos interactúa con el resonador. Si el átomo ocupa el estado cuántico de no interacción, la luz se comporta como si el átomo no estuviese allí. Por lo tanto, dependiendo del estado cuántico del átomo, la luz se envía a una u otra de las dos fibras de vidrio. Esto abre la posibilidad de explotar algunas de las propiedades más notables de la mecánica cuántica: «En la física cuántica, los objetos pueden ocupar diferentes estados al mismo tiempo», dice Arno Rauschenbeutel. Se puede preparar el átomo de tal manera que ocupe los dos estados de conmutación a la vez. En consecuencia, los estados «con luz» y «sin luz» están simultáneamente presentes en cada uno de los dos cables de fibra de vidrio.

En un interruptor clásico de la luz de una casa, esto sería imposible, pero para un «interruptor cuántico de luz», que ocupe dos estados a la vez no es un problema. «Va a ser interesante probar si estas superposiciones también son posibles con pulsos de luz fuertes. Estamos obligados a encontrar un cruce en algún lugar entre la física cuántica y la física clásica», dice Rauschenbeutel.

Este interruptor de luz es una poderosa nueva herramienta para la información cuántica y la comunicación cuántica. «Estamos planeando crear un entrelazamiento cuántico determinista entre la luz y la materia», dice Arno Rauschenbeutel. «Para eso, ya no necesitaremos ninguna maquinaria exótica que sólo se encuentra en los laboratorios. En su lugar, ahora podemos hacerlo con cables de fibra de vidrio convencionales que están disponibles en todas partes. »

Fuente: Universidad Tecnológica de Viena. Aportado por Eduardo J. Carletti

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