Logran el acoplamiento cuántico coherente de los modos ópticos de una cavidad óptica con los modos mecánicos de un microrresonador que la contiene

Controlar los estados cuánticos macroscópicos de osciladores micromecánicos no es fácil; hacerlo con luz (fotones) requiere el acoplamiento coherente entre los fotones y el microrresonador, pero hay que luchar contra la decoherencia cuántica, cuyo efecto es enorme en sistemas cuánticos macroscópicos. Verhagen et al. publican hoy en Nature un logro de gran importancia, acoplar de forma coherente fotones ópticos con un microrresonador macroscópico cuyas oscilaciones se comportan de forma cuántica, con una número de ocupación medio de 1,7  ±  ​​0,1 cuantos. Por primera vez se logra una interfaz eficiente óptico-mecánica capaz de controlar los estados cuánticos micromecánicos mediante los estados cuánticos de los fotones lo suficientemente rápido para evitar el efecto de la decoherencia. Aunque el artículo técnico sea difícil de explicar en detalle, me ha encantado la microfotografía del resonador mecánico, que abre esta entrada. El artículo técnico es E. Verhagen, S. Deléglise, S. Weis, A. Schliesser, T. J. Kippenberg, “Quantum-coherent coupling of a mechanical oscillator to an optical cavity mode,” Nature 482: 63–67, 02 February 2012.

¿Cuál es la novedad de este artículo respecto a artículos anteriores? En artículos anteriores se ha logrado realizar este tipo de control en el régimen de microondas. El problema es que en muchas aplicaciones es preferible el dominio óptico; algunos artículos han propuesto usar un sistema de control que acople un sistema óptico con uno de microondas y usar éste para controlar el oscilador micromecánico, pero la decoherencia cuántica del sistema de control compuesto es alta y esta configuración es engorrosa. Un sistema de control completamente óptico tiene ventajas prácticas, destacando que el tiempo de decoherencia puede ser mucho más largo que el tiempo de decoherencia del sistema mecánico permitiendo un control muy preciso.

¿Para qué pueden servir estos dispositivos cuánticos? Muchos instrumentos de medida de alta precisión utilizan osciladores mecánicos por que presentan una disipación muy baja. En dichas aplicaciones un sistema de transducción mecánico-óptico cuántico es de gran relevancia.

PS: El título de esta entrada (mucho más corto y por ello más incomprensible) se ha cambiado a colación de un comentario de Javier (ver más abajo) y de la respuesta que le he dado. Gracias, Javier, por estar atento.

15 Comentarios

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JavierJavier

Sinceramente francisco, o yo no tengo ni idea, o tu no tienes ni idea.

Vamos a ver, por ejemplo:

“En artículos anteriores se ha logrado realizar este tipo de control para un oscilador piezoeléctrico superconductor que oscila en el régimen de los mega-hercios utilizando un resonador de microondas en el régimen de los giga-hercios”.

Los materiales piezoelectricos no son osciladores, son pasivos, no tienen ganancia energética, y por tanto no oscilan.

Son estupendos resonadores, eso si, como casi perfectos diapasones (Es la oscilación de la red ionica de que están hechos, red ionica con momento eléctrico polar interno en la celda elemental de la red, y por eso, se deforma ante la presencia de un campo eléctrico).

El cuarzo es el clasico ejemplo, todos los PC tienen osciladores cuyo resonador fijador de frecuencia, es un trozo de cuarzo (10 Mhz, 50 Mhz, 70 Mhz, y luego, con PLL, suben a 1, 2, 4 10 Ghz en el núcleo de proceso).

Pero no osciladores.

¿Existen Materiales (Que NO osciladores, Francisco) piezoelectricos superconductores?.

En mi vida lo he oído paco, y que yo sepa, el cuarzo no es superconductor.

Por otro lado, si quieres hacer un oscilador en el rango de megahertzios, por ejemplo, con un hipotético resonador hecho de un hipotético material piezoelectrico, y superconductor, no necesitas en absoluto resonadores de microondas (Los tengo abajo , preciosos trocitos cilíndricos de cuarzo).

Con tu resonador piezoelectrico superconductor, y un sistema que de ganancia (Semiconductores, diodo tunel, etc), basta.

Por otro lado, dices:

“Logran el acoplamiento cuántico coherente de una cavidad óptica con un microrresonador optomecánico ”

Vamos a ver.

Una cavidad óptica, es como una cavidad de microondas.

Un lugar cerrado a los campos EM en los que solo unos cuantos tipos de modos de resonancia pueden ser estables.

Digamos que eso son los ‘estados’ de la cavidad óptica.

Pero un resonador ‘optomecanico’, ¿Que diablos es paco, sistemas piezoelectricos con resonancia en el margen óptico?.

Eso es mucho paco, demasiado para creérmelo.

Los sistemas piezoelectricos, como mucho, creo que llegan al Ghz, no a los 10^15 Hertz del rango optico.

¿Que diablos estas contando?.

J.

emulenewsemulenews

Javier, gracias por el comentario. La verdad, ahora que releo la entrada, me doy cuenta de que en esta entrada se me han cruzado las ideas y he mezclado cosas que no debía.

Mi frase: “En artículos anteriores se ha logrado realizar este tipo de control para un oscilador piezoeléctrico superconductor que oscila en el régimen de los mega-hercios utilizando un resonador de microondas en el régimen de los giga-hercios”. Venía a colación por la frase del artículo técnico original: “Such quantum-coherent coupling and control at the single-phonon level has been recently demonstrated in the microwave domain by achieving strong coupling of a gigahertz piezoelectrical dilatation oscillator to a (frequency-degenerate) superconducting qubit.” [artículo publicado en Nature]. “Moreover, an electromechanical system has reached the quantum-coherent regime using parametric coupling of a megahertz micromechanical oscillator to a gigahertz microwave resonator.” [artículo también publicado en Nature].

Quizás el término “oscilador piezoeléctrico” no es acertado. En el primer artículo se fabricó un oscilador mecánico (una lengueta o un diapasón si te gusta más esta palabra) utilizando un material piezoeléctrico (una película delgada de nitruro de aluminio), de tal forma que las oscilaciones mecánicas generaban oscilaciones de una señal eléctrica y viceversa. Quizás tendría que haber dicho “oscilador fabricado con un material piezoeléctrico.”

El acoplamiento electromecánico permite medir el estado cuántico del resonador mecánico usando un circuito eléctrico cuántico, en concreto un cubit superconductor. Así que el término “oscilador piezoeléctrico superconductor” es pésimo.

El control del cubit superconductor se realiza utilizando una condensador (capacitancia) que se acopla a señales de microondas; de esta forma las microondas controlan las transiciones cuánticas entre el estado fundamental y el excitado del cubit.

Obviamente la frase que yo había escrito (la he quitado) era incomprensible. Gracias, Javier, por haberlo aclarado.

“¿Existen nateriales piezoelectricos superconductores?” No que yo sepa.

“Pero un resonador ‘optomecanico’, ¿Que diablos es paco, sistemas piezoelectricos con resonancia en el margen óptico?”

Javier he utilizado “microrresonador optomecánico” como traducción de “optomechanical microresonator” (el nombre que utilizan los autores del artículo para llamar a su dispositivo). Quizás no era una traducción adecuada. O quizás lo autores han utilizado un nombre inapropiado.

En realidad se trata de un sistema mecánico que contiene una cavidad óptica de tal forma que la vibraciones mecánicas se acoplan con las vibraciones ópticas.

En cuanto al título “Logran el acoplamiento cuántico coherente de una cavidad óptica con un microrresonador optomecánico” quizás tendría que haber dicho “Logran el acoplamiento cuántico coherente de los modos ópticos de una cavidad óptica con los modos de un microrresonador mecánico que la contiene” (o algo parecido), pero me pareció un poco largo. Quizás tienes razón y no es un título suficientemente claro.

Gracias, Javier, por estar atento a las barrabasadas que cometo de vez en cuando.

MarinaMarina

Francis no soy física, pero tanta palabrería y confrontación entre los comentarios de un tal Javier y de Planck que intervienen en esta entrada, seré muy simple pero cuando estudié el teorema de Bell, de las consecuencias en el entrelazamiento cuántico y para el estudio de superposiciones de propiedades de las partículas cuánticas, tuve la originalidad o la estupidez de distraerme y prestar menos atención a la demostración del dicho teorema del “principio de no localidad” -que realmente en cuanto a las partículas estoy de acuerdo totalmente con Planck y no hay controversia con la RE- y me fijé o saqué la siguiente conclusión: Que grande fue Bell que ha demostrado que las propiedades obedecen a una física que está más allá de la cuántica.
Sabiendo que tu campo es la información, a mi me parece -claro, a groso modo y quizá por total desconocimiento de estás cuestiones- que la Información, lo que confiere las propiedades, o atreviéndome a ir un poco más allá. las leyes de los fenómenos merece un nuevo capítulo al que dirigir los esfuerzos de la física porque pienso no está todo dicho.
Como curiosidad pues decirte que hice esta pregunta a J. I.Cirac pero no me entendió y no hubo tiempo porque se debatían otras cuestiones sumamente más importantes que ésta y quizá ignorante y ridícula apreciación personal.

emulenewsemulenews

Marina, yo tampoco entiendo muy bien lo que quieres decir, pero entre líneas creo que te refieres a la posibilidad de que los postulados de la mecánica cuántica se deriven directamente de una teoría de la información (pre-cuántica o clásica/estadística). Esta propuesta es muy antigua (al menos de mediados de los 1980) y aún no se ha logrado una derivación completa, pero hay mucha gente trabajando en ello (un par de ejemplos son http://arxiv.org/abs/1203.4516 y http://arxiv.org/abs/1011.6451 ).

MarinaMarina

Francis, no tengo palabras para agradecer tu contestación y el enlace al que me remites me facilita dar con la fuente de información adecuada si perderme en búsquedas infructuosas.

planck

Al margen de las aplicaciones de la mecánica cuántica sin duda importantísimas como la computación cuántica, siguen sin resolverse ninguno de los más grandes interrogantes de ésta: ¿que produce la decoherencia? ¿a que escala de energía se produce? ¿por qué se produce? ¿Hasta que nivel o escala macroscópica podemos acceder de forma que se sigan exhibiendo los fenómenos cuánticos? ¿Se puede cuantizar el espacio-tiempo?
¿Es la función de onda solo una “entidad matemática abstracta” o tiene una existencia “real”?
Algunos opinan que muchas de estas preguntas no tienen sentido, que hay que aceptar la mc como es y limitarse a aplicar la teoría sin preguntarse sus implicaciones “ontológicas”. En mi opinión la ciencia no debe solo limitarse a buscar teorías que encajen con el experimento, ésta debe además explicar la realidad (en la medida de lo posible). Por supuesto preguntar es fácil, hallar las respuestas no, algunas perdurarán durante siglos, otras (espero) serán resueltas en breve.

JavierJavier

“¿a que escala de energía se produce? ”

La de-coherencia de una parte de un sistema cuántico, se produce cuando esa parte interactua con sistemas ajenos a sus sistema.

No existe una mínima energía para ello.

En un par de fotones emparejados, si uno alcanza una molécula e interacciona con ella, el sistema original aislado de los dos fotones, ya no lo es mas (En mecánica cuántica, estar es ser).

Se ha producido la de-coherencia de ese sistema original.

No es cuestión de energía.

planck

Por supuesto que también se pueden y se deben plantear preguntas de este tipo para la relatividad. De hecho acabo de poner en mi página un post donde planteo varias de ellas:
http://revolucioncientifica.com/disc...ravedad.asp
De todas formas, debe quedar claro que tanto la mecánica cuántica como la relatividad general son teorías cuya validez ha sido verificada experimentalmente en infinidad de experimentos y que el hecho de que no sepamos las respuestas a ciertas preguntas sobre sus fundamentos no les resta ni un ápice de validez. Lo que sucede es que ambas teorías son muy contraintuitivas, tratan de fenómenos completamente ajenos a nuestro sentido común y por eso fallamos al tratar de interpretarlas en términos de algo que conocemos (partículas, ondas, gomas elásticas que se deforman, etc). Estas teorias son válidas cada una en su campo lo cual no quiere decir que sean la última palabra, pueden ser parte de una teoría más general que abarque tanto lo muy grande como lo muy pequeño: la tan deseada teoría de la gravedad cuántica.

planck

Hola Carlos, todos estos fenómenos puramente cuánticos que citas no van en contra de la relatividad, de hecho, la relatividad especial ha sido incorporada a la mecánica cuántica logrando una de las teorías de más éxito de la física: la electrodinámica cuántica. Existe una confusión acerca de los fenómenos de no-localidad innatos a la mecánica cuántica como el entrelazamiento cuántico: no hay nada que viaje más rápido que la luz aunque pueda parecerlo, de hecho, en todos los experimentos realizados se ha demostrado que es imposible enviar información más rápido que c en perfecta sintonía con la relatividad. La relatividad general es una teoría absolutamente correcta en su ámbito de aplicación, aunque posiblemente deba de ser ampliada de forma que pueda ser fusionada con la mecánica cuántica.

Javier_TwoJavier_Two

“la relatividad especial ha sido incorporada a la mecánica cuántica logrando una de las teorías de más éxito de la física: la electrodinámica cuántica.”

Falso, se ha incorporado la evolucion de las funciones de ondas, con las trasnformaciones de Lorentz, y de ellas, ha salido la ecuacion de Dirac y la teoria de las cargas y campos cuantizados que ‘unen’ los quarks y gluones.

Pero el emparejamiento janas ha estado incluido en la electrodinamica cuantica.

Bueno, lo esta pero sin nada nuevo frente a la Mecanica cuantica, es decir, ‘asumido’ y punto.

“Existe una confusión acerca de los fenómenos de no-localidad innatos a la mecánica cuántica como el entrelazamiento cuántico: no hay nada que viaje más rápido que la luz aunque pueda parecerlo, de hecho, en todos los experimentos realizados se ha demostrado que es imposible enviar información más rápido que c en perfecta sintonía con la relatividad”.

De nuevo, Falso.

El mismo Bernard D’Spagnat, ya en 1981 lo decia, el principio estricto de inseparabilidad de Einstein, estaba roto.

¿La solucion que se adoptó?, redefinir que es informacion.

A partir de entonces, informacion solo será la que observadores humanos puedan usar con ellos como fuentes y ellos como destinatarios.

¿LAs particulas, ellas a su aire, crean y envian informacion mas rapido que la luz, pero no pueden usarlas seres humanos?, pues eso se redefine como no-informacion.

Se le salva el ‘trasero’, a Einstein.

PEro ni eso.

Desde 1993 gente de IBM desarrollo procedimientos para usar pares entrelazados y hacer la ‘decoherencia’ de una parte de ese par, con un tercer sistema cuyo estado SI conoce el ser humano enviante.

Instantaneamente (Repito, INSTANTANEAMENTE, INDEPENDIENTE DE LA DISTANCIA), el otro par colapsa al estado contrario de su gemelo que acaba de perder la coherencia con el sistema que el ser humano le ha presentado.

Es la teletransportacion cuantica.

Hay infinidad d epapers trabajando en metodos para refinar el grado de emarejamiento, y ya en 2002, tuve el report de gente que con esa tecnica, envio no estados (Que como bien Dices, Carlos, se ha ehco, no teletransportando los atomos, sino EL ESTADo de los atomos, pero instataneamente).

No, enviaron un trozo de lasser modulado con megabytes (Supongo que QPSK, la mas simple, pero eso da igual, mientras no sea ASK, donde desaparecen los fotones).

……………………………………………………………..

Planck deberia estudiar mas, y pontificar menos.

Bueno, a mi tambien me pasaba con 20 años y las ecuaciones recien descubiertas.

Saludos.

Javier.

Javier_TwoJavier_Two

“La relatividad general es una teoría absolutamente correcta en su ámbito de aplicación, aunque posiblemente deba de ser ampliada de forma que pueda ser fusionada con la mecánica cuántica.”

Falso one more time.

Carlos, hay un punto que se te ha escapado.

El efecto gravimagnetico.

Martin Tajmar lo midio hace unos 7 años, y el valor medido era varios ordenes de magnitud superior al predicho por einstein (Creo recordar que unos 10 ordenes de magnitud superior).

Buscalo en la red, no tengo tiempo ahora de buscartelo.

Pero este hombre, Martin Tajmar no es ningun magufo ( Martin Tajmar, European Space Agency News, 2006-03-23).

Saludos.

(Lo mas acientifico de los comentarios del señor Planck, es su totalitarismo ideologico en ciertos puntos, y eso es malo no solo para la gente que le lea y no sepa mucho, pues se le fijan errores conceptuales y empiricos, sino para él mismo, pues no reconoce realidades cientificas y experimentales ya presentes desde 1982, epoca en que yo estaba proponiendo mi proyecto fin de carrera a un profesor de la catedra de fisica de la E.T.S.I.T., proyecto finalmente aceptado, profesor recien sckeado por los experimentos d’Orly, y el señor planck, posiblemente, estaba en el limbo entonces).

planck

Vaya, ya esta aquí de nuevo mi “amigo” Javier (con un clon) que en cuanto lee la frase “la relatividad es correcta” salta a escena como el perro de Pavlov cuando oye la campana. Tus irracionales prejuicios antisemitas no podrán ser jamás, por mucho que lo intentes, un argumento físico en contra de la relatividad. La relatividad es CORRECTA y NO EXISTE ningún experimento que consiga enviar NADA más rápido que c. La teletransportación cuántica no envía nada físico (energía, trabajo, información, etc) más rápido que c lo único que sucede es que en pares entrelazados la medida de un par colapsa la función de onda del otro par y la medida obtenida en ambas tiene una correlación pero la función de onda no es nada FÍSICO no hay nada que viaje instantaneamente de una partícula a la otra. Lo que sucede es que se le ha dado una publicidad erronea vendiendo este fenómeno como algo de ciencia ficción al estilo Star Trek cuando no es más que otra consecuencia del carácter antiintuitivo y no-local de la mecánica cuántica. Deberias ponderar los hechos de forma objetiva y no favoreciendo los que apoyan tus prejuicios y la realidad objetiva es que NO EXISTE ningún experimento que consiga enviar información (ni nada) más rápido que c.

JavierJavier

Carlos, te dejo a este caballero ‘pa ti’.

Ya le conozco, y para dos días que estamos en este mundo, tengo cosas mas agradables que hacer.

Lo que siento es que si alguien le escucha, y no sabe mucho, con esa ‘firmeza total’ que tienen de fachada, se queda con sus coplas, y como dices, desde 1976 la copla esta totalmente desafinada.

Y lo que es mas, la nueva música es prodigiosa.

Son los mismos conceptos de realidad los que están en el tapete, y los experimentos, desde entonces, nos demuestran que por encima del espacio (Ojo, y por encima del tiempo, ahí están los experimentos de decisión retardada), hay otras cosas, y esas cosas (Que en realidad, NADIE SABE LO QUE ES, llevo años preguntadolo a gente del gremio, de niveles medios y altos, y mas allá de los principios de la QM, NADIE sabe que diablos es el etanglement) , sean lo que sean, se manifiestan en este universo nuestro.

‘Etanglement is the only question’, decía Nicolás Gissin (Experimenta-lista suizo de este tema, que midió cotas mínimas de velocidad de información cuántica, del orden de 10^4 · c) hace unos años.

(Procuraré no usar términos técnicos que espanten).

Y no se te ocurra volver a decir tonterías como la de antes, sobre ese tal Javier (Era yo, pero en un ordenador remoto que no me dejaba usar mi alias) , como decía Groucho MArx, nunca consideraría seguro entrar en un club que me admitiera como socio.

Saludos.

Jaime González R.Jaime González R.

¿Que es el espacio-tiempo? ¿Es real? ¿En que sentido lo es? La teoría de la relatividad está mal divulgada.
Los conceptos de espacio y tiempo solo tienen sentido para explicar el movimiento, ya que es lo único con lo que podemos experimentar… el espacio y el tiempo no son perceptibles, los necesitamos para explicar el movimiento.

ArtemioArtemio

En mi opinión el espacio tiempo es real porque es un ente que se percibe por nuestro sistema sensorial y por nuestros aparatos, que son extensiones de los sentidos. Otra cosa distinta será investigar como está estructurado nuestro sistema sensorial y, por ende, averiguar si otra ordenación de la sensorialidad da lugar a construir una aparatología diferente.

“Los conceptos de espacio y tiempo solo tienen sentido para explicar el movimiento, ya que es lo único con lo que podemos experimentar”.

Discrepo. Percibimos o sentimos o experimentamos la fuerza de la gravedad que nos mantiene pegados al suelo, la radiación térmica y ultravioleta solar que puede quemarnos la piel y otros efectos físicos. La teoría de la relatividad no está mal divulgada, pero tampoco es una varita mágica que nos procura todas las respuestas a nuestras preguntas. Una teoría es un constructo abierto, fíjate en la métrica de Minkowski que modificó la TRE o en la polémica, a veces furiosa, que mantuvo Einstein con los defensores de la mecánica cuántica.

“El espacio y el tiempo no son perceptibles, los necesitamos para explicar el movimiento”.

Esto es contradictorio, si el espacio tiempo no es perceptible ¿cómo explicamos el movimiento?

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