Luce e suono si accoppiano fortemente in una fibra ottica

La luce che viaggia in una fibra ottica incontra normalmente ciascuna vibrazione del vetro una sola volta e poi prosegue. In quell'unico passaggio, ottenere uno scambio forte tra luce e vibrazione è estremamente difficile. Al Max Planck Institute for the Science of Light e all'Università Leibniz di Hannover, il team guidato da Birgit Stiller è riuscito ora a ottenerlo per la prima volta in una fibra raffreddata, e il lavoro è pubblicato su Nature Physics.

Il termine tecnico è «accoppiamento forte»: uno scambio quantistico tra due sistemi che avviene più rapidamente del rumore che lo distruggerebbe. L'informazione viene trasmessa prima di andare perduta a causa di perdite e decoerenza, la deriva che fa smettere alle onde di oscillare all'unisono. Finora questo regime era stato raggiunto solo nelle cavità optomeccaniche, che gli autori paragonano a piste da corsa, dove la luce compie fino a un milione di giri e incontra più volte le stesse vibrazioni. Una fibra è un'autostrada: la luce attraversa le vibrazioni una sola volta.

L'interazione è la diffusione Brillouin stimolata, in cui la luce nella fibra si accoppia con le vibrazioni acustiche del vetro. Il team ha raffreddato la fibra a 4 K e ha lavorato senza alcun risonatore ottico o meccanico. La loro prova è una lacuna nella risposta spettrale. Laura Blázquez Martínez, prima autrice dello studio, spiega che questa lacuna, il segnale più chiaro di accoppiamento forte, è normalmente visibile solo nei risonatori. La nuova tecnica di misura la rende visibile in una fibra, e gli autori la presentano come una dimostrazione di principio.

Cosa cambia, e per chi. Le fibre trasportano già la maggior parte del sistema di telecomunicazioni, e Stiller le presenta come una piattaforma per misure quantistiche già installata. Il team le considera collegamenti tra computer quantistici e, in futuro, veri e propri processori quantistici. Non vengono annunciati né dispositivi, né scadenze, né partner commerciali. Il lavoro è un passo avanti in laboratorio, e i ricercatori lo dicono apertamente.

I limiti riguardano il contesto e la scala. La misura è stata effettuata a 4 K, una temperatura criogenica, in un unico passaggio attraverso la fibra. Il team non dice se l'effetto sia stato riprodotto al di fuori del proprio esperimento, o in condizioni più vicine a quelle di una rete di telecomunicazioni. Gli autori indicano anche la massa della fibra, molto superiore a quella dei micro-risonatori usati finora, come una strada per studiare le proprietà quantistiche di oggetti più grandi. Questa domanda resta aperta.