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Proyectos de investigación

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Control de formaciones de átomos ultrafríos: una nueva plataforma para las tecnologías cuánticas

Grafeno, átomos, clusters y nanopartículas metálicas. Fundamentos y aplicaciones

Investigador Principal: Leticia Tarruell Pellegrin

Centro de investigación o Institución: Instituto de Ciencias Fotónicas, ICFO. Barcelona

Sinopsis

Las interfaces cuánticas luz-átomos ultrafríos constituyen una plataforma ideal para las tecnologías cuánticas, con aplicaciones prácticas como memorias para comunicaciones cuánticas, puertas fotón-fotón para el procesado de información cuántica, y relojes atómicos para metrología.

Tradicionalmente, estas interfaces se realizan con sistemas macroscópicos y se describen asumiendo que los átomos se acoplan de forma colectiva a un solo modo óptico, mientras que su emisión en otras direcciones es independiente. El desarrollo de nuevas técnicas de enfriamiento y manipulación de átomos por láser permite ahora construir interfaces microscópicas, en las cuales la distancia interatómica es comparable a la longitud de onda de la luz. En este caso, la interferencia entre fotones emitidos por distintos átomos juega un papel esencial. Muy recientemente, nuestro equipo ha demostrado que, en teoría, estos fenómenos colectivos pueden utilizarse para diseñar memorias cuánticas exponencialmente más eficientes, una situación potencialmente generalizable a otras aplicaciones.

En CODEC contrastaremos estos resultados, por el momento puramente teóricos, con la realidad. Nuestro equipo interdisciplinar de investigadores experimentales y teóricos diseñará y construirá un nuevo experimento que, utilizando formaciones de átomos ultrafríos controlados con pinzas ópticas, pueda validar en el laboratorio estas predicciones.

Diseñaremos, en paralelo, nuevos protocolos para memorias cuánticas, relojes atómicos y puertas fotón-fotón más eficientes, incluyendo parámetros experimentales realistas y teniendo en cuenta las principales limitaciones del experimento. Nuestro objetivo es desarrollar nuevos paradigmas para describir la interacción entre luz y materia a nivel cuántico, y demostrar en el laboratorio la aplicación práctica de estos nuevos conceptos a las tecnologías cuánticas.

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