Un experimento que verifica una teoría ganadora del Nobel

En el experimento de Florencia, un rayo de luz láser coherente procedente del lado izquierdo es enviado a través de un divisor muy ineficiente que sólo ocasionalemtne desvía un fotón fuera del rayo hacia un detector. El “click” en el detector significa que sólo un fotón ha sido eliminado del rayo.

Los físicos dan un paso adelante importante hacia la “ingeniería del estado cuántico”

Una propiedad de un láser, predicha por primera vez en 1963 por el que más tarde sería ganador del Premio Nobel Roy Glauber, ha sido verificada por físicos de Italia.

Marco Belliniy sus colegas de la Universidad de Florencia han demostrado que si un fotón se elimina de un rayo de luz láser coherente, la luz se mantiene en el mismo estado coherente. De acuerdo con Bellini, la capacidad de eliminar fotones de la luz de esta forma podría usarse para desarrollar sistemas de metrología e información cuántica.

A pesar de estar compuesto por muchos fotones, la emisión de un láser a menudo puede describirse como un único estado cuántico (o coherente). Lo que hizo Glauber en 1963 — cinco años antes de que se construyese el primer láser — fue usar la electrodinámica cuántica para demostrar que la suma o resta de fotones aislados de la luz coherente no afecta a su coherencia. Cambiar el número de fotones sólo cambia la amplitud del rayo.

El laboratorio de la hazaña

Verificar esta predicción en el laboratorio ha demostrado ser de todo menos fácil, dado que es muy complejo eliminar sólo un fotón cada vez de un rayo. Otro gran problema ha sido medir realmente la coherencia del rayo antes y después de que se haya eliminado.

Hace aproximadamente cinco años, no obstante, Bellini y sus colegas comenzaron a desarrollar una forma de eliminar fotones aislados de un rayos láser. En sus experimentos, de los que informan en New Journal of Physics, un rayo láser relativamente intenso se hace pasar a través de un divisor altamente reflectante, el cual desvía la mayor parte de la luz en un rayo coherente de referencia.

El resto de la luz viaja recta a través del divisor y emerge como un rayo relativamente débil aunque aún coherente. Este rayo se envía a través de un segundo divisor, el cual es extremadamente ineficiente y ocasionalmente desvía un fotón fuera del rayo hacia un detector muy sensible. Cuando el detector “hace click”, el equipo puede tener bastante certeza de que sólo un fotón se ha eliminado de rayo.

Escuchar un click

En su estudio más reciente, el equipo buscaba cualquier cambio en la coherencia del rayo recombinándolo con el rayo de referencia en un intereferómetro. Con cada “click” sucesivo, el interferómetro se usó para medir un aspecto distinto de la fase y amplitud del rayo. Estos datos son entonces analizados usando una técnica llamada tomografía de estado cuántico, la cual da el estado cuántico completo de la luz.

El equipo encontró que eliminando un fotón de la luz no se cambiaba su estado coherente — verificando la predicción de Glauber de 1963.

En experimentos similares Bellini y sus colegas han descubierto una forma de añadir un único fotón a un estado coherente y han confirmado un pilar de óptica cuántica llamado “no-conmutatividad” — eliminar un fotón de un estado coherente y añadir un fotón no es lo mismo que añadir un fotón y luego eliminar otro.

Como resultado, el equipo ha ensamblado una “caja de herramientas” para la óptica cuántica que incluye los operadores “creación” y “aniquilación” que añaden y eliminan fotones, así como la no conmutatividad de estos operadores. También han demostrado que un estado coherente es un “eigenestado” del operador de aniquilación demostrando que el estado no se ve alterado por la eliminación de un fotón.

Bellini dijo a physicsworld.com que estas herramientas deberían permitir a los físicos hacer ingeniería con los estados óptico cuánticos que se optimizan para un rango de aplicaciones tales como medir muy pequeños cambios en distancias o la transmisión segura de información cuántica.


Autor: Hamish Johnston
Fecha Original: 17 de diciembre de 2008
Enlace Original

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Comments (7)

  1. Pedro

    Felicidades por el blog, creo que es muy interesante y necesario.
    Una pequeña cuestión, creo que “eigenestado” podría traducirse como “autoestado”, de la misma forma que en matemáticas “eigenvalues” se suele traducir como autovalores, y por lo que comenta el artículo es algo análogo.
    Un saludo.

    • Gracias Pedro, por lo que he mirado en internet es bastante común el uso de “eigenestado” para referirse a este estado cuántico, ¿alguien podría confirmar si “autoestado” podría entenderse de la misma forma o es usado habitualmente?.

      Un saludo

  2. Pedro

    Supongo que no habrá una regla fija, como yo soy matemático, siempre vi traducido “eigen” como “auto”, por eso lo decía. De todas formas no tiene la mayor importancia, creo que en el texto ya se explica bien que se refiere a la invariabilidad del estado.

  3. Turok

    Sí “eigenestado” es lo mismo que decir “autoestado” y el téremino “eigenestado”.Por cierto, resulta bastante asombroso que se pueda eliminar un fotón cada vez.Ese sí que tiene que ser un experimento de una precisión extraordinaria.O al menos, así lo veo yo.

  4. Turok

    omití decir”…y el término “eigenestado”, se usa comunmente entre los físicos.

  5. daniel plans

    Si, es lo mismo, como dice Turok, autoestado y eigenestado o también estados propios. Eigen viene del alemán, y supongo que se conserva ese nombre porque los alemanes desarrollaron mucho la física en el siglo 20 .aunque en la carrera, en las asignaturas de matemáticas se habla de autovalores y autovectores.

  6. [...] Un experimento que verifica una teoría ganadora del Nobel [...]

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