Los científicos detectan el aliento entre los átomos

Ruoming Peng/Universidad de Washington

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Investigadores de la Universidad de Washington han detectado la vibración mecánica entre dos capas de átomos (las respiraciones de los átomos) al observar el tipo de luz que emiten esos átomos cuando son estimulados por un láser.

Así lo indica un comunicado de prensa publicado por la institución el viernes.

Este nuevo desarrollo podría conducir a un nuevo método para la computación cuántica. De hecho, los investigadores ya han diseñado un dispositivo que podría servir como un nuevo tipo de componente básico para las tecnologías cuánticas.

"Esta es una nueva plataforma a escala atómica, que utiliza lo que la comunidad científica llama 'optomecánica', en la que la luz y los movimientos mecánicos están intrínsecamente acoplados", dijo el autor principal Mo Li, profesor de ingeniería y física eléctrica e informática de la Universidad de Washington. .

"Proporciona un nuevo tipo de efecto cuántico involucrado que se puede utilizar para controlar fotones individuales que se ejecutan a través de circuitos ópticos integrados para muchas aplicaciones".

El nuevo estudio se basa en trabajos anteriores que examinaron una cuasipartícula de nivel cuántico llamada "excitón". La información se puede codificar en un excitón y luego liberarse en forma de fotón cuyas propiedades cuánticas pueden funcionar como un bit cuántico de información, o "qubit", a la velocidad de la luz.

"La vista de pájaro de esta investigación es que para tener una red cuántica de manera factible, necesitamos tener formas de crear, operar, almacenar y transmitir qubits de manera confiable", dijo la autora principal Adina Ripin, estudiante de doctorado en física de la UW.

"Los fotones son una opción natural para transmitir esta información cuántica porque las fibras ópticas nos permiten transportar fotones largas distancias a altas velocidades, con bajas pérdidas de energía o información".

A continuación, los investigadores decidieron probar si podían aprovechar los fonones para la tecnología cuántica utilizando voltaje eléctrico. Descubrieron que podían variar la energía de interacción de los fonones asociados de formas medibles y controlables y en un solo sistema integrado.

A continuación, el equipo quería poder controlar múltiples emisores y sus estados de fonones asociados, un paso hacia la construcción de una base sólida para los circuitos cuánticos.

"Nuestro objetivo general es crear un sistema integrado con emisores cuánticos que puedan usar fotones individuales que se ejecutan a través de circuitos ópticos y los fonones recién descubiertos para hacer computación cuántica y detección cuántica", dijo Li en el comunicado.

"Este avance sin duda contribuirá a ese esfuerzo y ayudará a desarrollar aún más la computación cuántica que, en el futuro, tendrá muchas aplicaciones".

El estudio se publica en Nature Nanotechnology.

Resumen del estudio:

La ingeniería del acoplamiento entre las excitaciones cuánticas fundamentales está en el corazón de la ciencia y las tecnologías cuánticas. Un caso destacado es la creación de fuentes de luz cuánticas en las que se puede controlar y aprovechar el acoplamiento entre fotones individuales y fonones para permitir la transducción de información cuántica. Aquí informamos la creación determinista de emisores cuánticos que presentan un acoplamiento altamente sintonizable entre excitones y fonones. Los emisores cuánticos se forman en puntos cuánticos inducidos por tensión creados en la homobicapa WSe2. La colocalización de excitones de capa intermedia confinados cuánticamente y fonones de modo de respiración de capa intermedia de terahercios, que modulan directamente la energía del excitón, conduce a un acoplamiento de fonón excepcionalmente fuerte a la emisión de un solo fotón, con un factor Huang-Rhys que alcanza hasta 6,3. El espectro de un solo fotón de la emisión de excitones entre capas presenta una pureza de un solo fotón > 83 % y múltiples réplicas de fonones, cada una de las cuales anuncia la creación de un estado de Fock de fonones en el emisor cuántico. Debido al momento dipolar vertical del excitón de la capa intermedia, la interacción fonón-fotón se puede ajustar eléctricamente para que sea más alta que la tasa de decoherencia del excitón y el fonón y, por lo tanto, promete alcanzar el régimen de acoplamiento fuerte. Nuestro resultado demuestra un sistema excitónico-optomecánico cuántico de estado sólido en la interfaz atómica de la bicapa WSe2 que emite qubits fotónicos voladores junto con fonones estacionarios, que podrían explotarse para la interconexión y la transducción cuántica.