Precisi\u00f3n l\u00e1ser<\/strong><\/p>\nAl estudiar la estabilidad de los osciladores, los investigadores observaron primero el l\u00e1ser, un oscilador \u00f3ptico que produce un haz ondulatorio de fotones altamente sincronizados. La invenci\u00f3n del l\u00e1ser se atribuye en gran medida a los f\u00edsicos Arthur Schawlow y Charles Townes, quienes acu\u00f1aron el nombre a partir de su acr\u00f3nimo descriptivo: amplificaci\u00f3n de luz mediante emisi\u00f3n estimulada de radiaci\u00f3n.<\/p>\n
El dise\u00f1o de un l\u00e1ser se centra en un \"medio l\u00e1ser\": una colecci\u00f3n de \u00e1tomos, generalmente incrustados en vidrio o cristales. En los primeros l\u00e1seres, un tubo de destello que rodeaba el medio l\u00e1ser estimular\u00eda a los electrones de los \u00e1tomos para que aumentaran su energ\u00eda. Cuando los electrones se relajan y pierden energ\u00eda, emiten algo de radiaci\u00f3n en forma de fot\u00f3n. Dos espejos, en cada extremo del medio l\u00e1ser, reflejan el fot\u00f3n emitido de regreso a los \u00e1tomos para estimular m\u00e1s electrones y producir m\u00e1s fotones. Un espejo, junto con el medio l\u00e1ser, act\u00faa como un \"amplificador\" para impulsar la producci\u00f3n de fotones, mientras que el segundo espejo es parcialmente transmisivo y act\u00faa como un \"acoplador\" para extraer algunos fotones como un haz concentrado de luz l\u00e1ser.<\/p>\n
Desde la invenci\u00f3n del l\u00e1ser, Schawlow y Townes plantearon la hip\u00f3tesis de que la estabilidad de un l\u00e1ser deber\u00eda estar limitada por el ruido cu\u00e1ntico. Desde entonces, otros han probado su hip\u00f3tesis modelando las caracter\u00edsticas microsc\u00f3picas de un l\u00e1ser. Mediante c\u00e1lculos muy espec\u00edficos, demostraron que, de hecho, interacciones cu\u00e1nticas imperceptibles entre los fotones y \u00e1tomos del l\u00e1ser podr\u00edan limitar la estabilidad de sus oscilaciones.<\/p>\n
\u201cPero este trabajo requiri\u00f3 c\u00e1lculos extremadamente detallados y delicados, de modo que se entendiera el l\u00edmite, pero s\u00f3lo para un tipo espec\u00edfico de l\u00e1ser\u201d, se\u00f1ala Sudhir. \"Quer\u00edamos simplificar enormemente esto, comprender los l\u00e1seres y una amplia gama de osciladores\".<\/p>\n
Poner el \u201capret\u00f3n\u201d<\/strong><\/p>\nEn lugar de centrarse en las complejidades f\u00edsicas de un l\u00e1ser, el equipo busc\u00f3 simplificar el problema.<\/p>\n
\"Cuando un ingeniero el\u00e9ctrico piensa en fabricar un oscilador, toma un amplificador y alimenta la salida del amplificador a su propia entrada\", explica Sudhir. \u201cEs como una serpiente que se come su propia cola. Es una forma de pensar extremadamente liberadora. No es necesario conocer los detalles de un l\u00e1ser. En cambio, tienes una imagen abstracta, no s\u00f3lo de un l\u00e1ser, sino de todos los osciladores\u201d.<\/p>\n
En su estudio, el equipo elabor\u00f3 \u200b\u200buna representaci\u00f3n simplificada de un oscilador similar a un l\u00e1ser. Su modelo consta de un amplificador (como los \u00e1tomos de un l\u00e1ser), una l\u00ednea de retardo (por ejemplo, el tiempo que tarda la luz en viajar entre los espejos de un l\u00e1ser) y un acoplador (como un espejo parcialmente reflectante).<\/p>\n
Luego, el equipo escribi\u00f3 las ecuaciones f\u00edsicas que describen el comportamiento del sistema y llev\u00f3 a cabo c\u00e1lculos para ver en qu\u00e9 parte del sistema surgir\u00eda el ruido cu\u00e1ntico.<\/p>\n
\"Al abstraer este problema a un oscilador simple, podemos identificar d\u00f3nde entran las fluctuaciones cu\u00e1nticas en el sistema, y \u200b\u200bentran en dos lugares: el amplificador y el acoplador que nos permite obtener una se\u00f1al del oscilador\", dice Loughlin. \"Si sabemos esas dos cosas, sabremos cu\u00e1l es el l\u00edmite cu\u00e1ntico de la estabilidad de ese oscilador\".<\/p>\n
Sudhir dice que los cient\u00edficos pueden usar las ecuaciones que presentan en su estudio para calcular el l\u00edmite cu\u00e1ntico en sus propios osciladores.<\/p>\n
Es m\u00e1s, el equipo demostr\u00f3 que este l\u00edmite cu\u00e1ntico podr\u00eda superarse si se pudiera \"comprimir\" el ruido cu\u00e1ntico en una de las dos fuentes. La compresi\u00f3n cu\u00e1ntica es la idea de minimizar las fluctuaciones cu\u00e1nticas en un aspecto de un sistema a expensas de aumentar proporcionalmente las fluctuaciones en otro aspecto. El efecto es similar a exprimir aire de una parte de un globo hacia otra.<\/p>\n
En el caso de un l\u00e1ser, el equipo descubri\u00f3 que si se redujeran las fluctuaciones cu\u00e1nticas en el acoplador, se podr\u00eda mejorar la precisi\u00f3n, o la sincronizaci\u00f3n de las oscilaciones, en el rayo l\u00e1ser saliente, incluso si el ruido en la potencia del l\u00e1ser aumentar\u00eda como resultado. .<\/p>\n
\"Cuando encuentras alg\u00fan l\u00edmite de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, siempre surge la pregunta de \u00bfqu\u00e9 tan maleable es ese l\u00edmite?\" dice Sudhir. \u201c\u00bfEs realmente una parada dif\u00edcil o a\u00fan queda algo de jugo que se puede extraer manipulando algo de mec\u00e1nica cu\u00e1ntica? En este caso, encontramos que s\u00ed, lo cual es un resultado aplicable a una gran clase de osciladores\u201d.<\/p>\n
Esta investigaci\u00f3n cuenta con el apoyo, en parte, de la Fundaci\u00f3n Nacional de Ciencias.<\/p>\n<\/p><\/div>\n
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