La optomecánica de cavidades permite el control del movimiento mecánico a través de la interacción radiación-presión y ha contribuido al control cuántico de sistemas mecánicos diseñados que van desde espejos del Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO) a escala de kilogramos hasta sistemas nanomecánicos. Sin embargo, casi todos los esquemas anteriores han utilizado sistemas optomecánicos monomodo o de pocos modos.
Las principales investigaciones teóricas han proyectado que las redes optomecánicas pueden acceder a físicas sustancialmente más complejas y dinámicas únicas, como dinámica colectiva cuántica y fenómenos topológicos. Sin embargo, ha resultado difícil crear redes optomecánicas que puedan soportar numerosos grados de libertad ópticos y mecánicos acoplados y duplicar dichos dispositivos experimentalmente bajo un control estricto.
Científicos del laboratorio de Tobias J. Kippenberg en la Facultad de Ciencias Básicas de la EPFL han creado la primera red optomecánica de circuito superconductor reconfigurable y a gran escala que puede resolver los problemas de escala de los sistemas optomecánicos cuánticos. El equipo creó una red de grafeno deformada optomecánicamente y utilizó métodos de medición de vanguardia para examinar estados de bordes topológicos no triviales.
Un “condensador de parche de vacío”, también un componente crítico del sitio único de la red, se compone de una delgada película de aluminio colgada sobre una zanja en un sustrato de silicio. Este constituye el componente vibratorio del dispositivo y al mismo tiempo crea un circuito de microondas resonante con un inductor en espiral.
Amir Youssefi, quien dirigió el proyecto, dijo: “Desarrollamos una nueva técnica de nanofabricación para sistemas optomecánicos de circuitos superconductores con alta reproducibilidad y tolerancias extremadamente estrictas en los parámetros de los dispositivos individuales. Esto nos permite hacer que los diferentes sitios sean prácticamente idénticos, como en una red natural”.
Es bien sabido que la red de grafeno muestra características topológicas no triviales y estados de borde localizados. Estos estados se observaron en lo que los científicos denominan "escamas de grafeno optomecánico" formadas por veinticuatro puntos.
Andrea Bancora, quien contribuyó a la investigación, dijo: “Gracias al conjunto de herramientas optomecánicas incorporadas, pudimos obtener imágenes directas y no perturbadoras de las formas del modo electromagnético colectivo en tales redes. Ésta es una característica única de esta plataforma”.
Su nueva plataforma ofrece un banco de pruebas confiable para investigar la física topológica en redes unidimensionales y bidimensionales, como lo demuestran los resultados del equipo, que coinciden estrechamente con las predicciones teóricas.
Shingo Kono, otro miembro del equipo de investigación, dijo, "Al tener acceso tanto a los niveles de energía como a las formas modales de estas excitaciones colectivas, pudimos reconstruir el hamiltoniano subyacente completo del sistema, lo que permitió por primera vez la extracción completa del desorden y las fuerzas de acoplamiento en una red superconductora".
Referencia de la revista:
- Youssefi, A., Kono, S., Bancora, A. et al. Redes topológicas realizadas en optomecánica de circuitos superconductores. Naturaleza 612, 666-672 (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05367-9
