Descubren nueva partícula que conecta microondas y luz

En un artículo publicado recientemente en Nature Communications, investigadores del CONICET y la CNEA en el Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de Bariloche, del Instituto Balseiro de Argentina y del Paul-Drude-Institut en Berlín, Alemania, demostraron que la mezcla de fluidos cuánticos confinados de luz y sonido conduce a la aparición de una extraña cuasipartícula a la que llaman "fonoritón", y es una mezcla de fotón (luz), fonón (sonido) y excitón (un componente en semiconductores).

Este hallazgo, viene de la mano de uno anterior, también publicado por la revista Nature Communications, en el mes de junio pasado, donde el mismo grupo reportó la existencia de ciertos patrones en la interacción entre la luz y el sonido al que denominaron “lockeo de frecuencia” asincrónico.   

“Hace varios años venimos estudiando maneras novedosas en cómo interactúa la luz con vibraciones, es decir cómo la luz ejerce fuerza sobre la materia, en sistemas resonantes. En este contexto hemos demostrado acoplamientos luz-sonido incrementados enormemente, lo cual abrió las puertas a indagar sobre nuevos fenómenos físicos. La posibilidad de demostrar la existencia del fonoriton, y su rol como intermediario en la conversión bidireccional de señales ópticas y de microondas, es una consecuencia de estos trabajos previos”, explica Alex Faintein, uno de los autores. 

Este descubrimiento tiene un gran potencial para cambiar la forma en que se transfiere información entre el mundo de las microondas y la óptica haciéndola mucho más eficiente.

La inspiración para esta investigación provino de un fenómeno cotidiano: la transferencia de energía entre dos objetos que oscilan juntos, como dos péndulos. Los científicos aplicaron este concepto a la luz y el sonido cuánticos. Bajo condiciones específicas de acoplamiento, conocidas como el régimen de acoplamiento fuerte, la energía oscila continuamente entre los dos péndulos. Se asume en general que los dos péndulos tienen la misma frecuencia, es decir, están en resonancia. Sin embargo, los sistemas cuánticos híbridos requieren la transferencia coherente de información entre osciladores con frecuencias muy diferentes, este es el escenario al que refiere el trabajo publicado en Nature Communications.

Una de las áreas de mayor interés donde esto podría aplicarse es en la computación cuántica. Mientras que las computadoras cuánticas funcionan con microondas, la información cuántica se transmite mejor con fotones. La conversión directa entre estas dos formas de energía es ineficiente, pero el fonoritón podría servir como un intermediario eficaz. 

El equipo de investigación se basó en teorías científicas sólidas y creó estas cuasipartículas en un laboratorio, utilizando trampas especiales para amplificar su interacción. Luego, utilizaron un dispositivo para inyectar sonidos de microondas en el sistema y demostraron que podían controlar la transferencia de información de microondas a óptica y viceversa. 

En relación al aporte que este descubrimiento hace al campo científico, Fainstein resalta: “creo que está fuera de toda discusión que el conocimiento científico ha transformado tanto la percepción que como seres humanos tenemos del mundo que nos rodea, como la manera de relacionarnos con el mismo. Nuestro mundo no sería lo que es si no se hubiera descubierto la penicilina. Pero tampoco si cada ser humano hoy en la tierra no tuviera una computadora poderosa e infinitamente interconectada (el celular) entre sus manos. Nuestro campo de trabajo se enmarca dentro de esta gran área de las tecnologías de la información. Que implica enormes oportunidades, y también desafíos. Oportunidades y desafíos que solo se podrán aprovechar sabiamente con educación.”

En resumen, esta investigación nos lleva un paso más cerca de una comunicación más rápida y eficiente entre los mundos de las microondas y la luz, gracias al misterioso fonoritón.

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