Disco vibrante congelado hasta la inmovilidad cuántica ⚡ экспресс
Por primera vez se ha demostrado experimentalmente un resonador optomecánico de disco en el estado fundamental cuántico. El modo mecánico de respiración del disco semiconductor a una frecuencia de gigahercios se ha enfriado en un refrigerador de dilución hasta un nivel de excitación inferior a un fonón. La ocupación del modo se determinó mediante espectroscopía Brillouin de bandas laterales: una fibra óptica cónica se acopla evanescentemente al modo óptico de galería susurrante del disco, y los fotones Stokes y anti-Stokes dispersados por emisión y absorción de fonones fueron registrados por un detector de fotón único. Se midió la supresión del proceso de absorción, correspondiente a una ocupación de 0,66±0,20 fonones. Se investigaron los mecanismos de calentamiento por láser que limitan la ocupación mínima alcanzable; en particular, se detectó calentamiento fuera del resonador.
Enfriado casi hasta el cero absoluto con helio líquido, el disco semiconductor alcanzó un nivel de entropía tan bajo que su vibración térmica se redujo a menos de un fonón, el cuanto de sonido. Una cuerda de guitarra común, al pulsarla, genera miles de millones de fonones; aquí hay menos de uno, como una cuerda congelada en la incertidumbre cuántica: se mueve y no se mueve a la vez.
Para medir este movimiento microscópico, los investigadores acercaron al disco una fina fibra óptica. La luz, al tocar el disco, se dispersaba y revelaba los fonones. Este método, la espectroscopía de bandas laterales Brillouin, mostró que el disco tiene en promedio 0,66 fonones. Sin embargo, la propia luz de medición calentaba ligeramente el disco, impidiendo el enfriamiento completo, como un arco de violín que, en lugar de calmar la cuerda, le añade vibración.
Este control sobre un objeto grande difumina la frontera entre nuestro mundo y el cuántico. Los sistemas enfriados cuánticamente serán el corazón de sensores capaces de oír ondas gravitacionales o moléculas individuales.
🎯 El enfriamiento del disco emplea una mezcla de helio-3 y helio-4 líquidos: al separarse la mezcla, se absorbe calor, algo así como cuando el sudor se evapora y enfría la piel, pero mucho más efectivo.