Unos científicos han propuesto un novedoso protocolo llamado Interferometría de Attosegundos Cuánticos (AQI, por sus siglas en inglés) para ajustar y reconstruir las características cuánticas de la luz emitida mediante la generación de altos armónicos, incluso en aquellos regímenes donde los métodos convencionales presentan importantes limitaciones.
El trabajo es obra de investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) en Castelldefels, Barcelona, Cataluña, España.
El protocolo consiste en medir ciertas propiedades cuánticas de la luz a través de mediciones in situ de pocos attosegundos. La propuesta, por tanto, acerca todavía más dos campos entre los que cada vez hay más conexiones: la attociencia y la óptica cuántica.
La generación de altos armónicos (HHG por sus siglas en inglés) es un fenómeno altamente no lineal en el que un sistema (por ejemplo, un átomo) absorbe muchos fotones de un láser incidente y emite un solo fotón de energía mucho más alta (que es un armónico de los fotones absorbidos). Durante mucho tiempo se pensó que este proceso solo producía luz clásica. Descubrimientos recientes, en cambio, han demostrado que también es posible producir fotones con características cuánticas, como la compresión cuántica (squeezing) y el entrelazamiento cuántico. Sin embargo, controlar y analizar estas características sigue estando lejos de ser una tarea trivial.
Javier Rivera-Dean, Lidija Petrovic, Maciej Lewenstein y Philipp Stammer, todos del ICFO, han introducido un nuevo enfoque para controlar el estado cuántico de la luz en el proceso de generación de altos armónicos. El método propuesto permite extraer y ajustar las características cuánticas de los armónicos en el régimen del ultravioleta extremo (XUV), donde los métodos convencionales alcanzan sus limitaciones.
El enfoque impulsa la generación de altos armónicos mezclando un campo láser intenso con una fuente de luz que presenta compresión cuántica (en vez de luz clásica). Al variar la diferencia de fase entre el láser y la fuente cuántica, los investigadores pueden moldear las características cuánticas de los armónicos emitidos. La misma técnica también se puede utilizar para reconstruir su estado cuántico (un proceso conocido como tomografía de estado cuántico), recuperando las huellas cuánticas de dichos armónicos; un enfoque que han denominado «tomografía de attosegundos cuánticos» (AQT).
Distribución AQT reconstruida de los órdenes armónicos 12 y 16.
Este avance podría aplicarse en escenarios donde los métodos convencionales de tomografía fallan, como cuando los armónicos generados tienen frecuencias XUV. «Esto se debe a que, en la tomografía estándar, el experimento está limitado por la longitud de onda y la intensidad del estado a reconstruir. La longitud de onda de la luz XUV, al ser tan corta, se convierte en una gran limitación», explica Philipp Stammer. «En AQT no hay un límite estricto porque la reconstrucción se realiza de una manera fundamentalmente diferente, utilizando la propia dinámica no lineal de la HHG».
Este enfoque conceptualmente nuevo, que fusiona por completo la HHG con la óptica cuántica, podría ayudar a combinar la resolución temporal de attosegundos con fuentes de luz genuinamente no clásicas.
El estudio se titula “Attosecond quantum optical interferometry”. Y se ha publicado en la revista académica Reports on Progress in Physics.
