El efecto que acabamos de observar hace que los átomos sean transparentes a ciertas frecuencias de luz.

Un fenómeno recién descubierto llamado ‘transparencia inducida colectivamente’ (CIT) hace que grupos de átomos dejen de reflejar abruptamente la luz en frecuencias específicas.

CIT se descubrió al confinar átomos de iterbio dentro de una cavidad óptica, esencialmente una pequeña caja para la luz, y estallándolos con un láser. Aunque la luz láser rebota en los átomos hasta cierto punto, cuando se ajusta la frecuencia de la luz, aparece una ventana transparente donde la luz simplemente pasa a través de la cavidad sin obstrucciones.

«Nunca supimos que existía esta ventana de transparencia», dice Andrei Faraon (BS ’04) de Caltech, profesor William L. Valentine de Física Aplicada e Ingeniería Eléctrica y coautor correspondiente de un artículo sobre el descubrimiento que se publicó en abril. 26 en el periódico Naturaleza. «Nuestra investigación se ha convertido principalmente en un viaje para descubrir por qué».

Un análisis de la ventana de transparencia indica que es el resultado de interacciones en la cavidad entre grupos de átomos y luz. Este fenómeno es similar a la interferencia destructiva, donde las ondas de dos o más fuentes pueden cancelarse entre sí. Los grupos de átomos absorben y vuelven a emitir luz continuamente, lo que generalmente da como resultado el reflejo de la luz láser. Sin embargo, en la frecuencia CIT, existe un equilibrio creado por la luz reemitida por cada uno de los átomos en un grupo, lo que resulta en una caída en la reflexión.

«Una colección de átomos fuertemente acoplados en el mismo campo óptico puede conducir a resultados inesperados», dice el coautor principal Mi Lei, estudiante graduado de Caltech.

El resonador óptico, que mide solo 20 micras de largo e incluye características de menos de 1 micra, fue fabricado en el Instituto de Nanociencia Kavli en Caltech.

«A través de técnicas de medición de óptica cuántica convencionales, descubrimos que nuestro sistema había alcanzado un régimen inexplorado, revelando una nueva física», dice el estudiante graduado Rikuto Fukumori, coautor principal del artículo.

Además del fenómeno de transparencia, los investigadores también observaron que la colección de átomos puede absorber y emitir luz del láser mucho más rápido o mucho más lento que un solo átomo, dependiendo de la intensidad del láser. Estos procesos, llamados superradiancia y subradiancia, y su física subyacente aún no se conocen bien debido a la gran cantidad de partículas cuánticas que interactúan.

«Pudimos monitorear y controlar las interacciones luz-materia de la mecánica cuántica a nanoescala», dice el autor correspondiente Joonhee Choi, ex becario postdoctoral en Caltech que ahora es profesor asistente en la Universidad de Stanford.

Si bien la investigación es principalmente fundamental y amplía nuestra comprensión del misterioso mundo de los efectos cuánticos, este descubrimiento tiene el potencial de algún día ayudar a allanar el camino para memorias cuánticas más eficientes en las que la información se almacena en un conjunto de átomos estrechamente acoplados. Faraon también ha trabajado en la creación de almacenamiento cuántico mediante la manipulación de las interacciones de múltiples átomos de vanadio.

“Además de las memorias, estos sistemas experimentales brindan información importante sobre el desarrollo de futuras conexiones entre computadoras cuánticas”, dice Manuel Endres, profesor de física y Rosenberg Scholar, coautor del estudio.