Los fotones individuales revelan la naturaleza cuántica de los cristales
Los resonadores micro y nanomecánicos han llamado mucho la atención como una nueva clase de sistemas adecuados para probar la teoría cuántica. Un sistema resonador importante es una cavidad optomecánica en la que la presión de la radiación luminosa que circula por dentro de la cavidad se utiliza para manipular y leer el estado de osciladores mecánicos. Hay dos requisitos fundamentales para transferir las propiedades cuánticas de los fotones individuales a los dispositivos macroscópicos. En primer lugar, es necesario poner un oscilador optomecánico en su estado fundamental cuántico enfriándolo a temperaturas próximas al cero absoluto. En segundo lugar, la fuerza entre el resonador mecánico y el fotón individual (la intensidad del acoplamiento) debe ser elevada. El proyecto OPTOMECH (Quantum opto-mechanics with photonic and phononic crystals), financiado por la Unión Europea, se centró en diseñar y optimizar sistemas optomecánicos, especialmente cristales. Los cristales optomecánicos superan a todos los dispositivos existentes en cuanto se refiere a la intensidad del acoplamiento, lo cual los convierte en candidatos idóneos para el acoplamiento optomecánico cuántico con fotones individuales. Mediante la combinación de criostatos de flujo continuo de helio y la presión de radiación de un láser, los científicos lograron enfriar el movimiento mecánico de un dispositivo optomecánico hasta su estado cuántico fundamental. Además, la mejora de las formas de acoplamiento permitió establecer una forma de demostrar el enfriamiento pasivo con un refrigerador de dilución de helio. El equipo utilizó métodos nuevos para representar una zona del material de un resonador nanomecánico sobre un campo de luz mediante la presión de radiación. Un detector de fotones individuales permitió detectar los fotones emitidos y conocer mejor las estadísticas de fonones. Los hallazgos del proyecto demostraron la posibilidad de que las estadísticas de fonones presenten estados cuánticos. El uso de luz condensada con fluctuaciones cuánticas por debajo de las del campo en el vacío se ha propuesto durante mucho tiempo como forma de reducir el ruido de las lecturas ópticas. Los científicos generaron con éxito esta luz condensada mediante mediciones continuas de la posición del oscilador mecánico. OPTOMECH demostró con éxito varios experimentos cuánticos con sistemas optomecánicos. Este tipo de sistemas, controlados por los efectos cuánticos, pueden servir como sensores cuánticos sumamente sensibles o para aplicaciones de información cuántica.
Palabras clave
Fotones individuales, acoplamiento optomecánico, comportamiento cuántico, cristales fonónicos, cristales
