Ajustar el grado de entrelazamiento de dos emisores cuánticos

El control y la manipulación de estados cuánticos entrelazados es crucial para el desarrollo de tecnologías cuánticas. Los físicos han logrado localizar la posición de las moléculas fluorescentes entrelazadas en un cristal utilizando un método de imagen de superresolución y controlar su grado (la palabra grado tiene varios significados, se usa especialmente en campos…) de entrelazamiento por medio de un eléctrico campo (En física, un campo eléctrico es un campo creado por partículas…).

(a) Un cristal de naftaleno (naftaleno o naftaleno o alcanfor de alquitrán es un hidrocarburo aromático dibencentantreno…) dopado con moléculas de dibencentantreno se coloca en un criostato bajo el objetivo de un microscopio y encima de un peine de electrodos.
(b) Anti-cruce de los niveles electrónicos de dos moléculas acopladas. El grado de entrelazamiento llega a ser máximo para una tensión eléctrica (Tensión es una fuerza de extensión.) de 150 Voltios: resonancia (Resonancia es un fenómeno según el cual ciertos sistemas físicos…) de alta energía (En el sentido de energía común designa todo que permite realizar trabajo, fabricar…) (estado superradiante) se ensancha mientras que el de baja energía (estado subrradiante) se refina (En matemáticas, afín puede corresponder a 🙂 y se debilita en intensidad de fluorescencia (Fluorescencia es una emisión de luz causado por la excitación de una molécula…). En el centro, aparece concomitantemente la transición con dos fotones (En física de partículas, el fotón es la partícula elemental mediadora de la interacción…) hacia el estado en que se excitan las dos moléculas.
(c) La diferencia entre los tiempos de vida radiativos (Vida es el nombre dado 🙂 de los estados superradiantes y subradiantes (la fluorescencia se desintegra en azul (Azul (del antiguo alto alemán «blao» = brillante) es uno de los tres colores… ) y rojo (El color rojo responde a distintas definiciones, según el sistema cromático del que hagamos…), respectivamente) se marca con respecto a la vida media (La media es una medida estadística que caracteriza a los elementos de un conjunto de …) moléculas aisladas (histograma en gris).
Crédito: Jean-Baptiste Trebbia (LP2N)

El entrelazamiento consiste en entrelazar los estados cuánticos de varios objetos hasta formar estados colectivos donde desaparece la realidad individual de cada objeto. Una forma prometedora es acoplar emisores de luz cuánticos atrapados en un sólido transparente a través de sus interacciones dipolares (En general, la palabra dipolo designa una entidad que tiene dos polos. Nosotros…) óptica/dipolo óptico (La óptica es la rama de la física que se ocupa de la luz coherente, la radiación, etc.). Lograr estados cuánticos entrelazados es en sí mismo un desafío porque requiere encontrar nanoemisores que sean espacialmente vecinos a nanoescala y casi idénticos espectralmente. Un segundo desafío es manipular el grado de entrelazamiento de tales nanoobjetos atrapados rígidamente en su matriz cristalina.

Gracias a un método de imagen que opera a temperatura criogénica (La temperatura es una cantidad física que se mide con un termómetro y…) (2 K) desarrollado (Gráficos) en el laboratorio, físicos del Laboratorio de Fotónica, digital (Una información digital es información. ..) y nanociencias (LP2N, CNRS (El Centro Nacional de Investigaciones Científicas, más conocido por sus siglas CNRS, es el más grande…) / Instituto (Un instituto es una organización permanente creada para un propósito determinado. Es.. .) de la Escuela / Universidad de Óptica (Una universidad es una institución de educación superior cuyo objetivo es el…) de Burdeos) fueron capaces de localizar pares de moléculas fluorescentes acopladas entre millones de otras aisladas. Una de las características ópticas de estos pares entrelazados es la aparición de estados electrónicos superradiantes y subradiantes, es decir con una tasa de emisión de fotones respectivamente más fuerte o más débil que una molécula (Una molécula es un conjunto químico eléctricamente neutro de al menos dos átomos, que…) aislado. Los investigadores también demostraron la posibilidad de ajustar a la medida este grado de entrelazamiento (por lo tanto, el grado de subradiancia y superradiancia) utilizando un campo eléctrico externo que puede sintonizar o desafinar las resonancias ópticas de los dos transmisores. Se ha alcanzado un régimen de enredo máximo, con la producción de estados cercanos a los estados Bell (Bell Aircraft Corporation es un fabricante de aviones estadounidense fundado el 10 de julio de 1935…), donde el estado subradiante adquiere una vida radiativa larga al convertirse en un estado casi negro. Esta posibilidad de entrelazar o desenredar estados electrónicos a pedido abre el camino a la realización de puertas lógicas cuánticas rápidas en la escala de subnanosegundos en sistemas cuánticos deslocalizados. Estos resultados se publican en la revista Nature Communications.

La preparación selectiva de estados entrelazados de larga duración es un paso esencial para la realización de muchos esquemas de información cuántica y memorias cuánticas. Sin embargo, estos estados deslocalizados obedecen reglas de selección óptica específicas que requieren el uso de estrategias dedicadas para excitarlos de manera efectiva. En efecto, el estado subradiante por el cual los dipolos moleculares oscilan en oposición de fase (La palabra fase puede tener varios significados, se usa en varios campos y…) no puede ser excitado con un campo gaussiano usado en microscopía (Microscopía es la observación de una muestra (colocada en una preparación microscópica confocal tradicional…) Los investigadores lograron excitar selectivamente este estado dando forma a un campo láser (Un láser es un dispositivo que emite luz (radiación electromagnética)…) anillo en el que los dos dipolos experimentar amplitudes idénticas pero fases opuestas. Este estudio se complementa con un análisis nanoscópico de campo lejano de imágenes ópticas súper resueltas (sub-longitud de onda) de pares de moléculas entrelazadas que no se pueden excitar por separado. Estas imágenes exhiben nuevas características espaciales que resultan de la cuántica interferencias en las vías de excitación de s emisores enredados y revelar sus ubicaciones exactas.

Además de un fuerte impacto en la física (Física (del griego φυσις, naturaleza) es etimológicamente lo fundamental…) (En música, la palabra fundamental puede tener varios significados.), esta obra proporciona herramientas experimentales y teóricas que son fundadores para descifrar mecanismos físicos o biológicos más complejos gobernados por un acoplamiento coherente, como en los complejos de antena involucrados en la fotosíntesis (Fotosíntesis (del griego φῶς phōs, luz y…).

Referencia:
Adaptación de la naturaleza superradiante y subradiante de dos emisores cuánticos acoplados coherentemente.
J.-B. Trebbia, Q. Deplano, P. Tamarat, B. Lounis, Nature Communications, publicado el 26 de mayo de 2022.
DOI: 10.1038 / s41467-022-30672-2
Archivos abiertos de HAL

contactos:
– Jean-Baptiste Trebbia – Investigador (Un investigador (fem. investigador) se refiere a una persona cuyo trabajo es investigar…) CNRS, Laboratorio de fotónica, digital y nanociencias – jean-baptiste.trebbia at u-bordeaux.fr
– Brahim Lounis – Profesor-investigador en la Universidad de Burdeos (Esta página está dedicada a la PRES Universidad de Burdeos. Para las páginas sobre…) en el LP2N – brahim.lounis en u-bordeaux.fr
– Comunicación (La comunicación concierne tanto a los humanos (intrapsíquica, comunicación interpersonal, etc.) INP – inp.com at cnrs.fr

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