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Control óptico exquisito de osciladores mecánicos cuánticos

Un grupo de científicos ha realizado un trabajo innovador en el campo del acoplamiento optomecánico y la mecánica cuántica. Han desarrollado con éxito técnicas que permiten controlar y detectar el estado cuántico del movimiento en osciladores miniaturizados.
Control óptico exquisito de osciladores mecánicos cuánticos
El acoplamiento optomecánico, que consiste en el acoplamiento entre la luz y el movimiento mecánico, permite sintonizar ópticamente osciladores con alta precisión y frecuencia. El proyecto USOM, financiado por la Unión Europea, pretendía facilitar el acoplamiento optomecánico ultrafuerte aprovechando la presión de radiación con el fin de controlar la oscilación mecánica a escala cuántica. Los investigadores también exploraron, por primera vez, las oportunidades para usar los sistemas plasmónicos de campos electromagnéticos confinados en volúmenes nanoscópicos en experimentos y dispositivos optomecánicos.

Reducir el tamaño del sistema puede optimizar la intensidad del acoplamiento. Los científicos utilizaron modelos con el método de elementos finitos (FEM) para diseñar resonadores toroidales de sílice apoyados sobre «radios» con una masa muy pequeña y pérdidas ultrarreducidas. Las cavidades cristalinas fotónicas en 2D generan un acoplamiento elevado sin precedentes entre los modos ópticos de la cavidad y los modos acústicos de movimiento (oscilaciones mecánicas de alta frecuencia). El diseño apoyado sobre radios con masa reducida permitió el enfriamiento mediante presión de radiación del modo de oscilador al estado cuántico fundamental.

Al final, los investigadores pudieron demostrar el control óptico del estado cuántico de movimiento del oscilador mecánico y optimizar la función optomecánica. A continuación aprovecharon el sistema con nuevos protocolos de experimentos cuánticos desarrollados dentro del ámbito del proyecto. Juntas, las técnicas permitieron enfriar sistemas optomecánicos hasta el estado cuántico fundamental. Además, estos métodos nuevos permitieron controlar y leer el estado cuántico de movimiento de osciladores mecánicos.

Una segunda línea de investigación dio como resultado experimentos innovadores en los que e analizó la integración de un resonador plasmónico en un oscilador nanomecánico. La resonancia plasmónica es un fenómeno de ondas oscilantes de densidad de carga electrónica confinadas en un espacio diminuto. Los científicos utilizaron un resonador plasmónico como transductor de movimiento nanomecánico para permitir la lectura del movimiento térmico del oscilador.

USOM propició adelantos pioneros en el campo del acoplamiento optomecánico y el control óptico del estado cuántico fundamental del movimiento de osciladores. La tecnología y las técnicas desarrolladas en este proyecto también favorecerán el desarrollo de nuevos dispositivos en campos como la detección y el procesamiento de señales.

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