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Cavity QED at the One-Dimensional Atom Regime with Chip-Based Micro-Resonators

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Nuevo sistema de cavidades QED

El confinamiento de átomos en estructuras minúsculas con paredes que reflejan la luz (resonadores) permite crear instalaciones experimentales para estudiar las interacciones luz-materia a nivel cuántico. Un equipo de científicos financiado con fondos europeos ha ampliado las fronteras en este campo.

Cambio climático y medio ambiente

Las cavidades limitan físicamente la longitud de onda de los fotones emitidos y absorbidos por los átomos. El comportamiento de los átomos excitados y confinados proporciona información importante sobre las interacciones entre la luz y la materia, fenómenos inherentemente clásicos y cuánticos de manera simultánea. La electrodinámica cuántica de cavidades (QED) se ha convertido en un importante campo de estudio. Una comprensión más profunda conducirá a un diseño de aplicaciones en computación cuántica y memoria cuántica basado en el conocimiento. El proyecto «Cavity QED at the one-dimensional atom regime with chip-based micro-resonators» (CQODAR), financiado con fondos europeos, desarrolló un sistema de cavidades QED completamente nuevo. El sistema acopla átomos individuales ultrafríos a resonadores microtoroidales basados en chips mediante una fibra óptica cónica. Este sistema ha proporcionado una importante ventana de observación de las interacciones entre átomos y fotones individuales (entre un átomo individual y un fotón). La avanzada configuración del experimento es capaz de proporcionar átomos superfríos desde una trampa magnetoóptica a doscientos nanómetros de la superficie toroidal. Los científicos utilizaron moduladores electroópticos basados en fibra y equipos electrónicos que funcionan a velocidades superiores a cinco gigahercios. Como resultado, fueron capaces de detectar la presencia de un átomo y la emisión de un único fotón en un tiempo de unos dos microsegundos, inferior al tiempo típico de tránsito de un átomo. Los investigadores llevaron a cabo un estudio teórico detallado que se publicó en «Physical Review A: Atomic, Molecular and Optical Physic». Este estudio fue la base de dos nuevos experimentos: uno relativo a la óptica de las catástrofes (que trata las singularidades geométricas en los patrones de rayos) y otro a la emisión espontánea de un solo átomo. Este último se publicó en la revista «Physical Review Letters». El equipo de CQODAR desarrolló una instalación experimental de vanguardia. Como resultado, actualmente es posible conseguir un control excelente de átomos ultrafríos individuales para determinar el comportamiento y las propiedades de fotones emitidos individuales. Se espera que esta tecnología contribuya de forma inestimable a mejorar la comprensión de las interacciones cuánticas entre la materia y la luz.

Palabras clave

Átomos, resonadores, cuántica, cavidades, fotones, luz, materia, QED, ultrafrío, microtoroide, trampa magnetoóptica, óptica de las catástrofes

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