Detector láser en dos lugares: cómo escuchar el campo cuántico ⚡ экспресс
Se propone un experimento realizable para medir la respuesta de un detector de partículas, preparado en una superposición cuántica de estados espaciales, al interactuar con un campo cuántico relativista. Un haz láser modulado se divide mediante un divisor de haz en dos ramas, que cruzan un condensado de Bose-Einstein en forma de panqueque en dos regiones separadas, después de lo cual las ramas se recombinan. Mediante heterodinación de una de las señales de salida, se muestra que en el espectro de potencia diferencial de la fotocorriente se reproduce la función de respuesta característica de un detector de Unruh-DeWitt en superposición de posiciones, interactuando con un campo escalar sin masa en (2+1) dimensiones. El uso de luz comprimida permite superar el límite cuántico estándar, y la relación señal/ruido calculada supera 10 en un amplio rango de bajas frecuencias de modulación. El experimento abre la posibilidad de verificar en laboratorio efectos cuánticos relativistas relacionados con la coherencia espacial del detector.
Los físicos propusieron un experimento: el haz láser actúa como detector cuántico y se divide en dos haces-oreja. Cada oreja se dirige a través de una diminuta nube de átomos ultrafríos —en ese estado los átomos se funden en una sola onda. Las nubes están separadas, de modo que el detector queda en superposición —es como si escuchara el campo desde dos posiciones a la vez. Luego las orejas se unen, la luz se envía a un fotodetector y se mezcla con un haz de referencia (como quien sintoniza una radio) —el análisis de los batidos de corriente revela la respuesta del detector de Unruh-DeWitt, un modelo simple de receptor.
Para que el sonido del campo no se ahogue en el ruido, los físicos emplean luz comprimida —aquí se sacrifica el ruido de una característica cuántica en aras del silencio en otra. Es como amortiguar el bullicio para distinguir un susurro. Así se logró captar las ondas gravitacionales —el temblor del espacio por choques de agujeros negros. En el nuevo experimento, la señal será nítida: su exceso sobre el ruido será de 10 veces. De este modo verificaremos por primera vez de forma directa cómo los campos cuánticos sienten el espaciotiempo curvado.
🎯 Mezclar la señal con un haz de referencia, como en un receptor de radio, ayuda a extraer los débiles latidos cuánticos del ruido.
🎬 La idea de un objeto en dos lugares a la vez inspira a los autores de ciencia ficción: en la novela «El ladrón cuántico» de Hannu Rajaniemi, la mente del héroe puede distribuirse por distintos puntos.