Científicos han desarrollado una trampa nanofotónica híbrida que permite almacenar átomos neutros de rubidio (⁸⁷Rb) con tiempos de coherencia excepcionalmente largos. Este avance es crucial para el desarrollo de la computación cuántica y la metrología de precisión, ya que la capacidad de mantener la coherencia cuántica de los átomos durante periodos prolongados es un requisito fundamental para estas tecnologías. La trampa combina las ventajas de las trampas ópticas tradicionales con las de los dispositivos nanofotónicos, logrando una interacción luz-materia más eficiente y un mayor control sobre los estados atómicos.
El diseño de la trampa se basa en una guía de ondas nanofotónica de nitruro de silicio (Si₃N₄) que genera un campo evanescente para atrapar los átomos a una distancia de aproximadamente 100 nm de la superficie. Esta proximidad permite una fuerte interacción con la luz, mientras que la geometría del dispositivo minimiza los efectos de calentamiento y decoherencia. Los investigadores lograron tiempos de almacenamiento de hasta 10 segundos y tiempos de coherencia de hasta 20 milisegundos para los estados de espín de los átomos de ⁸⁷Rb, superando significativamente los resultados obtenidos con trampas puramente ópticas o nanofotónicas.
La clave del éxito reside en la integración de la guía de ondas nanofotónica con un sistema de enfriamiento y atrapamiento atómico de última generación. Este enfoque híbrido permite manipular y leer los estados cuánticos de los átomos con alta fidelidad, abriendo nuevas vías para la construcción de procesadores cuánticos escalables y sensores cuánticos de alta sensibilidad. Los resultados demuestran el potencial de las plataformas nanofotónicas para controlar y explotar las propiedades cuánticas de los átomos neutros en el régimen de interacción fuerte.
Este avance representa un paso significativo hacia la realización de ordenadores cuánticos basados en átomos neutros, así como para el desarrollo de relojes atómicos y magnetómetros de mayor precisión. La capacidad de mantener la coherencia cuántica en un entorno nanofotónico abre la puerta a la integración de estos sistemas en chips, lo que podría conducir a dispositivos cuánticos compactos y robustos. Futuras investigaciones se centrarán en escalar el número de átomos atrapados y en explorar nuevas arquitecturas para la computación cuántica y la simulación cuántica.