Es la primera vez que se mide una energía de interacción tan grande entre un fotón propagante y un átomo artificial. El trabajo, con participación del CSIC, ha sido publicado en la revista ‘Nature Physics’.

Un estudio internacional en el que ha participado el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha logrado obtener tanta energía de la interacción entre la luz y la materia como la que poseen, por separado, el fotón y el átomo implicados. Según los autores del trabajo, publicado en Nature Physics y realizado en colaboración con el Institute for Quantum Computing (Canadá), este resultado supone un hito ya que es la primera vez que se mide una energía de interacción tan grande entre un fotón propagante y un átomo.

“En el mundo real, los átomos no interactúan de manera eficiente con los fotones. Esto se debe a que los átomos son muy pequeños y están casi vacíos y a que la interacción entre la luz y la materia es muy pequeña. Para llegar más allá y explorar nuevas formas de interacción entre luz y materia, en nuestro grupo de investigación hemos propuesto dos nuevas técnicas que denominamos ‘de acoplo ultrafuerte’”, explica el investigador del CSIC Juan José García Ripoll, del Instituto de Física Fundamental.

La primera de las dos técnicas se basa en la creación, mediante circuitos superconductores, de átomos artificiales más grandes que puedan interactuar mejor con un fotón propagante. La segunda consiste en un circuito que permite ajustar la interacción entre esos átomos artificiales y los fotones. Mediante la combinación de ambas técnicas, los fotones son enviados, uno a uno, contra los átomos artificiales que, cuando el fotón tiene la frecuencia adecuada, los absorben y reflejan totalmente.
“Este nuevo régimen de interacción luz-materia que hemos demostrado está todavía por explorar pero permite pensar en nuevas tecnologías más eficientes de fotodetección o de procesado de la información que transporta la luz. Los resultados del trabajo también se pueden extender a otros ámbitos, como la nanofotónica, donde se buscan todavía átomos artificiales que puedan interactuar de forma tan eficiente con fotones de mayor frecuencia”, concluye el investigador del CSIC.

P. Forn-Díaz, J. J. García-Ripoll, B. Peropadre, J.-L. Orgiazzi, M. A. Yurtalan, R. Belyansky, C. M. Wilson, A. Lupascu. Ultrastrong coupling of a single artificial atom to an electromagnetic continuum. Nature Physics. DOI: 10.1038/nphys3905