I sistemi meccanici progettati per manipolare le proprietà quantistiche della luce incontrano difficoltà a temperatura ambiente. Ci sono semplicemente troppe fonti di rumore che disturbano il sistema quantistico. Alcune dipendono dalla parte meccanica, come la bassa qualità, altre dalle proprietà ottiche e altre ancora dagli effetti termici. I ricercatori hanno ora sviluppato una configurazione che consente di utilizzare un sistema optomeccanico quantistico a temperatura ambiente per la prima volta.
C’è interesse per questi sistemi sia per indagini sperimentali che per applicazioni intriganti. Possono essere utilizzati per misurare piccole masse, segnali (come campi magnetici) e persino forze (come la gravità). Eliminare la necessità di temperature vicine allo zero assoluto elimina un ostacolo importante nell’utilizzo delle tecnologie quantistiche al di fuori del laboratorio.
“Raggiungere il regime dell’optomeccanica quantistica a temperatura ambiente è stato una sfida aperta da decenni”, ha dichiarato il co-leader del team Tobias J. Kippenberg, dell’Ecole Polytechnique Fédérale De Lausanne, in una dichiarazione. “Il nostro lavoro realizza efficacemente il microscopio di Heisenberg, a lungo considerato solo un modello teorico giocattolo”.
Il sistema utilizza la luce e il movimento meccanico per influenzare oggetti in movimento con elevata precisione. La configurazione utilizza una cavità per intrappolare la luce all’interno di specchi speciali con strutture simili a cristalli. All’interno della cavità si trova un dispositivo a forma di tamburo di 4 millimetri (0,16 pollici). Questa è una parte meccanica.
Combinando insieme, il sistema ha permesso ai ricercatori di eseguire “compressione ottica” a temperatura ambiente. Questo è un fenomeno quantistico basato sul principio di incertezza di Heisenberg. Una proprietà della luce (ad esempio la sua intensità) viene manipolata in modo che abbia meno fluttuazioni e ciò è bilanciato da una proprietà correlata (come la fase), che aumenta le fluttuazioni.
“Il tamburo che utilizziamo in questo esperimento è il culmine di molti anni di sforzi per creare oscillatori meccanici ben isolati dall’ambiente”, ha detto il co-leader del team Nils Johan Engelsen.
“Le tecniche che abbiamo utilizzato per affrontare notorie e complesse fonti di rumore sono di grande rilevanza e impatto per la comunità più ampia di sensori e misurazioni di precisione”, ha aggiunto Guanhao Huang, uno dei due dottorandi che guidano il progetto.
La configurazione dimostra che è possibile manipolare un sistema quantistico anche a temperatura ambiente. Dato quanto comuni sono i sistemi optomeccanici quantistici nell’esecuzione di misurazioni quantistiche, questo sviluppo avrà sicuramente conseguenze entusiasmanti.
“Il sistema che abbiamo sviluppato potrebbe facilitare nuovi sistemi quantistici ibridi in cui il tamburo meccanico interagisce fortemente con oggetti diversi, come nubi di atomi intrappolati”, ha aggiunto Alberto Beccari, l’altro dottorando che guida lo studio. “Questi sistemi sono utili per l’informazione quantistica e ci aiutano a capire come creare stati quantistici grandi e complessi”.
Un articolo che descrive i risultati è pubblicato sulla rivista Nature.
