Átomos Fríos y Óptica Cuántica

En el Laboratorio de Átomos Fríos y Óptica Cuántica (LAFriOC) generamos luz cuántica a partir de gases atómicos. Por luz cuántica entendemos un flujo de fotones coherentes que presentan correlaciones y entrelazamiento cuántico. La finalidad de producir por este medio a la luz cuántica es hacerla resonante a los mismos átomos, puesto que son uno de los candidatos fuertes para crear compuertas de información cuántica. Así, con la luz que generamos, podremos construir sistemas cuánticos completos. Es decir, sistemas compuestos por luz y materia en donde sea posible controlar la coherencia, las correlaciones e incluso el entrelazamiento cuántico sobre partículas con y sin masa. De manera tal que tendremos los elementos escenciales para crear redes información: nodos (átomos) y mensajeros (fotones). Estos sistemas son atractivos para investigar sobre las telecomunicaciones cuánticas, los procesos de información cuántica y las llamadas “medidas a distancia”. Hemos construido dos aparatos experimentales en donde somos capaces de generar luz cuántica en distintos regímenes: pares de fotones y haces gemelos. Generamos a los primeros dentro de muestras atómicas a temperaturas de un par de cientos de microkelvin dentro de una trampa magneto-óptica (TMO); generamos a los haces gemelos a partir de gases calientes, a temperaturas alrededor de 100 º C dentro de un horno. En ambos casos inducimos el proceso no lineal conocido como mezclado de cuatro ondas (MCO) para generar la luz. Tenemos objetivos distintos y complementarios en ambos experimentos; estas son nuestras líneas de investigación:

Distribución de entrelazamiento cuántico

Procesos atómicos de información cuántica

Todas las implementaciones del MCO involucran dos transiciones atómicas. Actualmente trabajamos con la configuración “diamante” que permite generar luz entrelazada con frecuencias muy distintas. Por ejemplo con los metales alcalinos es posible generar luz a longitud de onda en el régimen de las telecomunicaciones y luz resonante con sus estados base. Esto en principio permitiría mandar un fotón muy lejos mientras que guardamos información entrelazada a él mediante la absorción del otro fotón en una memoria atómica. Trabajamos con átomos de rubidio, el elemento más atrapado y enfriado en el mudo y del cual conocemos bastamente bien su espectroscopía y por lo tanto, podemos ejercer un amplio control sobre sus estados atómicos.

Publicaciones

Artículos

• Optical spectroscopy of the 5p3/2 → 6p1/2 electric dipole forbidden transition in atomic rubidium, Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics, 52 135001 2019

• One step beyond the electric dipole approximation: An experiment to observe the 5p → 6p forbidden transition in atomic rubidium, American Journal of Physics pags. 7-13, vol. 86, 2018

• A minimalistic y optimized conveyor belt for neutral atoms, Scientific Reports 13660 (1), vol. 7, 2017

• Probing two-particle exchange processes in two-mode Bose-Einstein condensates, Physical Review A 95, 033624, 2017

• Control of electronic magnetic state population via light polarization in the 5p 3/2 → 6p 3/2 electric quadrupole transition in atomic rubidium, Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 50 025003, 2016

Tesis

1. Sistema de adquisición de datos para pares de fotones con origen atómico, Villegas Aguilar, Luis Yves, Licenciatura 2019
2. Herencia de estructura con haces de Mathieu vía mezclado de cuatro ondas en Rb, Acosta Montes, Jorge Gerardo, Maestría 2018
3. Construcción y modulación de un láser esclavo para experimentos con rubidio, Irvin Fermín Ángeles Aguillón, Licenciatura, 2018
4. Determinación de la densidad atómica en función de la temperatura en una celda de espectroscopía, Diego Sierra Costa, Licenciatura 2018
5. Construcción de una trampa magneto-óptica, Adrián Martínez Vallejo, Maestría, 2018
6. Espectroscopía de dos fotones para experimentos con mezclado de cuatro ondas, Mendoza López, Luis Alberto, Licenciatura 2017

Infraestructura

En LAFriOC juntamos dos tecnologías que fueron desarrolladas durante las últimas décadas en laboratorios distintos alrededor del mundo:

1. MCO con átomos fríos. Tenemos un sistema de láseres, un sistema de control y un sistema de ultra alto vacío con los cuales somos capaces de enfriar átomos de rubidio y controlar sus grados internos de libertad excitando varias de sus transiciones.
2. MCO con átomos calientes. Desarrollamos un sistema de detección con el que podemos distinguir el arribo de fotones individuales con una resolución de 81 ps.

Adicionalmente somos capaces de generar haces invariantes ante propagación con técnicas basadas en axicones ó moduladores espaciales de luz.

Colaboración