Iones en serie podrían ser el camino para mejorar los relojes atómicos
La inusual técnica de trabajo en tándem involucra el uso de un ión aislado de berilio para detectar con precisión las vibraciones de alta frecuencia de un ión aislado de aluminio. El grupo del NIST (National Institute of Standards and Technology) usó láseres ultravioleta para transferir energía de las oscilaciones del aluminio a un movimiento de balanceo compartido del par de iones, y entonces descubrió la magnitud de las vibraciones a través del ión de berilio. La nueva técnica resuelve un problema pendiente desde mucho tiempo atrás: cómo hacer un seguimiento de las propiedades de un ión de aluminio, que no se puede manipular fácilmente usando técnicas láser convencionales.
El enfoque en serie puede ser utilizado para hacer un reloj atómico basado en frecuencias óptimas, que tiene el potencial de ser más exacto que los relojes atómicos actuales basados en microondas. También permitiría simplificar diseños para computadoras cuánticas, una tecnología potencialmente muy poderosa que utilizaría las propiedades cuánticas de la materia y la luz para representar los unos y ceros de los lenguajes binarios usuales.
El experimento del NIST muestra que es posible transferir información hacia adelante y hacia atrás eficazmente entre tipos diferentes de átomos. Ahora, los investigadores están aplicando esta técnica para desarrollar relojes ópticos exactos basados en iones aislados.
Los estándares internacionales de tiempo y frecuencia actuales miden oscilaciones naturales de los átomos de cesio que caen dentro del rango de frecuencia de las microondas, aproximadamente 9.000 millones de ciclos por segundo. En contraste, las frecuencias ópticas son aproximadamente 100.000 veces más altas, permitiendo dividir el tiempo en unidades más pequeñas. El aluminio ofrecería ventajas con respecto a otros átomos, tales como el mercurio, que está siendo considerado para relojes ópticos atómicos.
Este dispositivo mantiene atrapados iones de aluminio y berilio. (Foto: NIST )
Construir un reloj basado en iones de aluminio ha sido inviable hasta ahora porque este átomo no cumple tres de cuatro requisitos indispensables. Oscila entre dos estados de energía diferentes en una frecuencia óptica estable que se puede usar como referencia para el reloj. Sin embargo, el aluminio no puede ser enfriado con los láseres existentes, y su estado cuántico es difícil de preparar y descubrir directamente. El nuevo estudio muestra cómo el berilio puede cumplir estos tres requisitos mientras el aluminio actúa como un reloj.
La técnica en serie podría ser usada para investigar el potencial de varios átomos, tales como el boro y el helio, para su uso en relojes ópticos atómicos. La técnica también se puede usar en experimentos de computación cuántica sobre cómo distribuir información entre tipos diferentes de iones o átomos. Debido a que diferentes átomos responden a frecuencias diferentes de la luz, esto podría mejorar el control de los iones o átomos dentro de un futuro ordenador cuántico.
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