Los físicos han dado un paso importante hacia la "ingeniería de estados cuánticos"Desde Physics World
Por: Amish Johnston
Traducción: KC
Una propiedad de la luz láser predicha por primera vez en 1963 por quien sería Premio Nobel, Roy Glauber, ha sido verificada por los físicos en Italia.
Marco Bellini y sus colegas de la Universidad de Florencia han demostrado que si un fotón se quita de un haz de luz coherente de láser, la luz permanece en el mismo estado coherente. Según Bellini, la capacidad de eliminar los fotones de la luz de esta manera podría utilizarse para desarrollar la información cuántica y los sistemas de metrología cuántica.
A pesar de que se compone de muchos fotones, la salida de un láser puede ser a menudo descrito como un único estado cuántico (o coherente). Lo que hizo Glauber en 1963 - cinco años después de que se construyó el primer láser - fue utilizar la electrodinámica cuántica para demostrar que la suma y resta de fotones individuales de luz coherente en no afectar a su coherencia. Cambiar el número de fotones sólo cambia la amplitud del haz.
Vuelta de Tuerca en el laboratorio
Verificar esta predicción en el laboratorio no ha resultado nada sencillo, porque es muy difícil quitar de un haz sólo un fotón a la vez. Otro gran problema ha sido la medición actual de la coherencia del haz antes y después de que el fotón se ha eliminado.
Hace unos cinco años, sin embargo, Bellini y sus colegas empezaron a desarrollar una forma única de eliminación de fotones de un rayo láser. En sus experimentos, que informaron en la Nueva Revista de Física, un relativamente intenso haz de láser en primer lugar se hace pasar a través de un divisor de haz muy reflexivo, que desvía la mayor parte de la luz en un haz de referencia coherente.
El resto de la luz viaja en línea recta a través del divisor del haz y surge como un haz relativamente débil, pero todavía coherente. Este haz se envía a través de un segundo divisor de haz, que es extremadamente ineficiente y sólo de vez en cuando desvía un fotón fuera del haz hacia un detector muy sensible (véase "Un fotón fuera"). Cuando el detector hace "clic", el equipo puede estar bastante seguro de que sólo un fotón se ha eliminado del haz.
Escuchando un clic
En su estudio más reciente, el equipo buscó después por cambios en la coherencia del haz por recombinación con el haz de referencia en un interferómetro. Con cada "clic" exitoso, el interferómetro se utiliza para medir un aspecto diferente de la fase y la amplitud del haz. Estos datos son luego analizados mediante una técnica llamada tomografía de estado cuántico, lo que da el estado cuántico completo de la luz.
El equipo encontró que la eliminación de un fotón de la luz no cambia su estado coherente - verificando la predicción de Glauber de 1963.
En experimentos similares Bellini y sus colegas han trabajado en una manera de añadir un único fotón a un estado coherente, y han confirmado otro pilar de la óptica cuántica llamado "no-conmutatividad" - que la eliminación de un fotón de un estado coherente y, a continuación, añadiendo un fotón no es lo mismo que la adición de un fotón y, a continuación, la eliminación de un fotón.
Como resultado, el equipo ha montado una "caja de herramientas" para la óptica cuántica, que incluye operadores de "creación" y "aniquilación" que añaden y eliminan fotones, y establecido la no-commutatividad de estos operadores. También han demostrado que un estado coherente es un "eigen estado" del operador de aniquilación que demuestra que el estado no se ve alterado por la eliminación de un fotón.
Bellini dijo que estas herramientas deben permitir a los físicos realizar la ingeniería de estados ópticos cuánticos que están optimizados para una amplia gama de aplicaciones tales como la medición de cambios muy pequeños en la distancia o la transmisión segura de información cuántica.
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