El 28 de enero de 2025, investigadores del National Institute of Standards and Technology (NIST) presentaron un nuevo enfoque para estudiar la interacción entre átomos y luz, un descubrimiento que podría mejorar el desarrollo de sistemas cuánticos estables. Este avance tiene importantes implicaciones para las tecnologías cuánticas, incluyendo computación rápida y comunicación segura.
La interacción entre átomos y luz es fundamental para el comportamiento del mundo físico, pero sigue siendo compleja de entender y controlar. El estudio reciente se centró en estas interacciones dentro de sistemas atómicos multicanal, lo que podría llevar a la creación de estados cuánticos estables.
Tradicionalmente, los científicos simplifican los modelos tratando a los átomos como sistemas de dos niveles: estado base y estado excitado. Sin embargo, los átomos reales pueden tener múltiples niveles de energía, complicando así la dinámica del sistema. El equipo de investigación, liderado por Ana Maria Rey de la Universidad de Colorado Boulder y James Thompson del NIST, investigó las interacciones átomo-luz en sistemas con cuatro niveles de energía.
Utilizando átomos de estroncio dispuestos en redes cristalinas unidimensionales y bidimensionales, los investigadores se concentraron en niveles de energía metastables, donde los átomos pueden residir durante períodos prolongados, permitiendo que los estados entrelazados persistan incluso después de que se apague el láser. James Thompson comentó: "Planeamos crear condiciones en nuestro laboratorio para hacer que los átomos pasen a un estado excitado que existe durante mucho tiempo, lo que permitirá una interacción fuerte y programable entre los átomos. Esto utilizará una transición de longitud de onda de 2,9 micrones, significativamente mayor que la distancia entre átomos en una red óptica."
El equipo también desarrolló un modelo que describe la dinámica del sistema. Las futuras investigaciones tienen como objetivo explorar sistemas multicanal más complejos, como átomos de estroncio con hasta diez niveles fundamentales y excitados. Esta exploración podría allanar el camino para sistemas cuánticos programables y la distribución de entrelazamiento.
Como afirmó la coautora Sanaa Agarwal, "Nos estamos acercando a sistemas que pueden mantener de manera estable el entrelazamiento, un paso crucial para las futuras tecnologías cuánticas."