La luz Cambió a Materia, Luego se Detuvo y se Movió

Al convertir la luz en materia y luego de vuelta, los físicos han detenido por primera vez un pulso de luz y luego lo han reiniciado a una pequeña distancia. Este «truco de magia mecánica cuántica» proporciona un control sin precedentes sobre la luz y podría tener aplicaciones en comunicación por fibra óptica y procesamiento de información cuántica.Lene Hau, profesora de la Universidad de Harvard, explica cómo detiene la luz en un lugar y luego la recupera y la acelera en un lugar completamente separado. (Foto: Justin Ide / Harvard News Office) En las redes cuánticas, la información transmitida ópticamente a través de la red se convierte en materia, se procesa y luego se convierte de nuevo en luz. Los físicos de la Universidad de Harvard esperan que su descubrimiento pueda proporcionar una forma posible de hacer esto, ya que la materia, a diferencia de la luz, puede manipularse fácilmente. Sus hallazgos se publicaron esta semana en la revista Nature. «Demostramos que podemos detener un pulso de luz en una nube de sodio sobreenfriada, almacenar los datos contenidos en ella y extinguirlo totalmente, solo para reencarnar el pulso en otra nube a dos décimas de milímetro de distancia», dijo Lene Vestergaard Hau, Profesor de Física y Física Aplicada de Mallinckrodt en la Facultad de Artes y Ciencias y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard.En un «truco de magia mecánica cuántica» ideado por físicos de la Universidad de Harvard, un pulso de luz se extingue en una nube de átomos ultracoldados (púrpura), se convierte en materia y luego revive en otra antes de que se le permita salir de la segunda nube en su estado original. (Imagen cortesía de Sean R. Garner) Esto marca otro hito para Hau en la manipulación de la luz. En 1998, ralentizó la luz, que viaja en el espacio libre a una velocidad de 186,000 millas por segundo, a solo 38 millas por hora en una nube de átomos ultracoldados. Einstein y otros han teorizado que la velocidad de la luz en el espacio libre no se puede cambiar. Dos años más tarde, detuvo completamente la luz en una nube similar, y luego la reinició sin cambiar sus características. Recibió una beca de Fellowship 500,000 de la Fundación MacArthur (llamada» beca genio») para estos experimentos. En su último trabajo, Hau y sus coautores, Naomi S. Ginsberg y Sean R. Garner, descubrió que el pulso de luz puede ser revivido, y su información transferida entre las dos nubes de átomos de sodio, convirtiendo el pulso óptico original en una onda de materia viajante que es una copia exacta de la materia del pulso original, viajando a un ritmo similar a la melaza de 200 m (600 pies) por hora. El pulso de materia se convierte fácilmente en luz cuando entra en la segunda de las nubes sobreenfriadas, conocidas como condensados de Bose-Einstein, y se ilumina con un láser de control. «Los condensados de Bose-Einstein son muy importantes para este trabajo porque dentro de estas nubes los átomos se bloquean en fases, perdiendo su individualidad e independencia», dijo Hau. «La naturaleza de paso de bloqueo de los átomos en un condensado de Bose-Einstein hace posible que la información en el pulso de luz inicial se replique exactamente dentro de la segunda nube de átomos de sodio, donde los átomos colaboran para revivir el pulso de luz.»Dentro de un condensado de Bose-Einstein, una nube de átomos de sodio enfriados a solo mil millonésimas de grado por encima del cero absoluto, un pulso de luz se comprime por un factor de 50 millones, sin perder ninguna de la información almacenada en él. La luz impulsa a algunos de los aproximadamente 1,8 millones de átomos de sodio de la nube a entrar en estados de» superposición cuántica», con un componente de menor energía que permanece allí y un componente de mayor energía que viaja entre las dos nubes.Diagrama que muestra la línea de tiempo para la investigación de Harvard. (Imagen cortesía de Naomi S. Ginsberg, Sean R. Garner y Lena V. Hau) La amplitud y la fase del pulso de luz detenido y extinguido en la primera nube se imprimen en este componente móvil y se transfieren a la segunda nube, donde la información recapturada puede recrear el pulso de luz original. El período de tiempo en que el pulso de luz se convierte en materia y el pulso de materia se aísla en el espacio entre las nubes de condensado, podría ofrecer a los científicos e ingenieros una nueva ventana tentadora para controlar y manipular la información óptica; los investigadores ahora no pueden controlar fácilmente la información óptica durante su viaje, excepto para amplificar la señal para evitar que se desvanezca. El nuevo trabajo de Hau y sus colegas marca la primera manipulación exitosa de información óptica coherente. «Este trabajo podría proporcionar un eslabón perdido en el control de la información óptica», dijo Hau. «Mientras la materia viaja entre los dos condensados de Bose-Einstein, podemos atraparla, potencialmente durante minutos, y remodelarla change cambiarla whatever de la manera que queramos. Esta novedosa forma de control cuántico también podría tener aplicaciones en los campos en desarrollo del procesamiento de información cuántica y la criptografía cuántica.»
Esta investigación fue apoyada por la Oficina de Investigación Patrocinada de la Fuerza Aérea, la Fundación Nacional de Ciencias y la NASA. Para más información, visite: www.Harvard.edu

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