Observación de la luz comprimida de un átomo excitado por dos fotones

Área de la Ciencia:

• La óptica cuántica es la óptica cuántica.
• Física atómica es la física atómica.
• Ciencias de la información cuántica Ciencias de la información cuántica.

Sus antecedentes:

• Se sabe que los átomos individuales son fuentes de luz no clásicas, que emiten fotones individualmente.
• La generación de luz exprimida en cuadratura a partir de átomos individuales, un estado con ruido por debajo del límite de ruido de disparo, se ha predicho, pero experimentalmente es elusivo.
• Los intentos anteriores de generar luz comprimida involucraron conjuntos macroscópicos o mesoscópicos de átomos, sin que se observara la compresión de un solo átomo.

Objetivo del estudio:

• Para demostrar experimentalmente la generación de luz exprimida en cuadratura a partir de un solo átomo.
• Investigar el papel del fuerte acoplamiento átomo-cavidad en la inducción de la no linealidad cuántica para la producción de luz comprimida.
• Explorar el potencial de las interacciones de un solo átomo para la lógica cuántica fotónica.

Principales métodos:

• Utilizó un solo átomo fuertemente acoplado a un resonador óptico de alta precisión.
• Aprovechó la mejora de la no linealidad mecánica cuántica inducida por la interacción átomo-cavidad.
• Caracterizó la luz emitida para confirmar que la cuadratura se comprime por debajo del nivel de ruido de disparo.

Principales resultados:

• Generó con éxito luz observable exprimida en cuadratura de un solo átomo.
• La luz comprimida se produjo con un promedio de sólo dos fotones por vida del sistema en el haz de excitación.
• Se demostró que la luz comprimida se origina en la coherencia cuántica de los pares de fotones emitidos, distinta de la emisión de un solo fotón.

Conclusiones:

• El apretamiento de la cuadratura de un solo átomo es alcanzable en un sistema de cavidad atómica fuertemente acoplado.
• Las fuertes interacciones coherentes inducidas por un solo átomo ofrecen nuevas vías para la lógica cuántica fotónica.
• Este trabajo abre nuevas perspectivas para la utilización de emisores individuales en el procesamiento de información cuántica.