Los físicos han diseñado un "compresor óptico" cuántico que puede reducir el ruido cuántico en el rayo láser incidente en un 15%. Este es el primer sistema de su tipo que funciona a temperatura ambiente, por lo que es adecuado para configuraciones portátiles compactas y se puede añadir a experimentos de alta precisión para mejorar la medición láser.
El núcleo de este "compresor" es una cavidad óptica con dos espejos nanomecánicos situados en una cámara de vacío. Uno de los espejos es más pequeño que el diámetro de un cabello humano, suspendido por un voladizo en forma de resorte y puede moverse. El espejo más grande se detiene.
La forma y la apariencia de los espejos "nanomecánicos" más pequeños juegan un papel clave en la capacidad del sistema para trabajar a temperatura ambiente. Cuando el rayo láser entra en la cámara, se refleja entre los dos espejos. La fuerza ejercida por la luz hace que el espejo nanomecánico se balancee hacia adelante y hacia atrás, lo que permite a los investigadores diseñar parámetros para dar a la luz propiedades cuánticas especiales.
El láser puede dejar el sistema en un estado comprimido, que se puede utilizar para mediciones más precisas, como la computación cuántica y la detección de ondas gravitacionales. El profesor de mármol del MIT y director adjunto de Física Nergis Mavalvala dijo: "La importancia del resultado es que se puede diseñar estos sistemas mecánicos para tener mecánica cuántica a temperatura ambiente. Rendimiento."
El láser contiene un gran número de fotones, estos fotones fluyen en forma de ondas sincronizadas para producir un haz enfocado brillante. Sin embargo, en esta configuración ordenada, hay cierta aleatoriedad entre los fotones individuales del láser, que aparecen en forma de fluctuaciones cuánticas, que también se llama "ruido de disparo" en la física.
Hasta ahora, la compresión optomecánica se ha realizado en dispositivos a gran escala que necesitan ser alojados en refrigeradores criogénicos. Esto se debe a que, incluso a temperatura ambiente, la energía térmica circundante es suficiente para afectar a las partes móviles del sistema, causando "jitter", que cancela cualquier efecto del ruido cuántico. Para resistir el ruido térmico, los investigadores tuvieron que enfriar el sistema a aproximadamente 10 K (-263,5 oC). "Cuando necesitas refrigeración criogénica, no puedes tener un extrusor compacto portátil", dijo Mahuawala. "Eso podría ser un gran avance porque no se puede poner el compresor en un refrigerador grande y utilizarlo para experimentos o algunos equipos utilizados en el campo."
El equipo liderado por Aggarwal quería diseñar un sistema optomecánico donde el espejo móvil del sistema está hecho de un material que esencialmente absorbe muy poca energía térmica, por lo que no necesitan enfriar el sistema externamente. Finalmente diseñaron un espejo muy pequeño de 70 micras de ancho con capas alternas de arsenuro de galio y arsenuro de galio de aluminio. Ambos materiales son cristales con una estructura atómica muy ordenada que puede evitar que el calor entrante escape. Esta característica permite al equipo identificar y así reducir el ruido cuántico del láser en un 15%, lo que resulta en una luz "comprimida" más precisa. "Materiales muy desordenados pueden perder energía fácilmente porque los electrones chocan y chocan y generan movimiento térmico en muchos lugares", dijo Aggarwal. "Cuanto más ordenado y puro es un material, menos lugares pierde o disipa energía".
Mavalvala dijo: "Esto muestra que sabemos cómo hacer un compresor de temperatura ambiente que es independiente de la longitud de onda. A medida que mejoramos nuestros experimentos y materiales, haremos mejores compresores".