Mostren com donar forma i reconstruir harmònics quàntics
Investigadors de l'ICFO han proposat un nou protocol anomenat Interferometria d'Attosegons Quàntics (AQI, per les sigles en anglès) per ajustar i reconstruir les característiques quàntiques de la llum emesa mitjançant la generació d'alts harmònics, fins i tot en aquells règims on els mètodes convencionals estan molt limitats.
El protocol, publicat recentment a Reports on Progress in Physics, consisteix a mesurar certes propietats quàntiques de la llum a través de mesures in situ d'uns pocs attosegons. La proposta, per tant, apropa una mica més dos camps que cada vegada estan més connectats: l'attociència i l'òptica quàntica.
La generació d'alts harmònics (HHG, per les sigles en anglès) és un fenomen altament no lineal en el qual un sistema (per exemple, un àtom) absorbeix molts fotons d'un làser incident i n'emet un de sol d'energia molt més alta (que és un harmònic dels fotons absorbits). Durant molt de temps es va pensar que aquest procés només produïa llum clàssica. Descobriments recents, en canvi, mostren que també és possible produir fotons amb característiques quàntiques, com ara la compressió quàntica (squeezing) i l'entrellaçament. Tanmateix, controlar i analitzar aquestes característiques continua sense ser una tasca fàcil.
Els investigadors de l'ICFO, el Dr. Javier Rivera-Dean, la Lidija Petrovic, el professor Dr. Maciej Lewenstein, i en Philipp Stammer, han introduït un nou enfocament per controlar l'estat quàntic de la llum en el procés de generació d'alts harmònics. Publicat a Reports on Progress in Physics, l'esquema proposat permet extreure i ajustar les característiques quàntiques dels harmònics en el règim de l'ultraviolat extrem (XUV), on els mètodes convencionals topen amb les seves pròpies limitacions.
Aquest protocol impulsa la generació d'alts harmònics barrejant un camp làser intens amb una font de llum que presenta compressió quàntica (en lloc de la tradicional llum clàssica). En variar la diferència de fase entre el làser i la font quàntica, els investigadors poden modelar les característiques quàntiques dels harmònics emesos. La mateixa tècnica també es pot utilitzar per reconstruir el seu estat quàntic (un procés conegut com a tomografia d'estat quàntic), recuperant les petjades quàntiques d'aquests harmònics; un enfocament que han anomenat "tomografia d'attosegons quàntics" (AQT, per les sigles en anglès).
Aquest descobriment es podria aplicar en escenaris on els esquemes de tomografia convencionals fallen, com ara quan els harmònics generats tenen freqüències XUV. "La raó és que, en la tomografia estàndard, l'experiment està limitat per la longitud d'ona i la intensitat de l'estat a reconstruir. La longitud d'ona de la llum XUV, en ser tan curta, es converteix en una gran limitació", explica Philipp Stammer, investigador principal de l'estudi. "A l’AQT no ens trobem amb aquest obstacle perquè la reconstrucció es fa d'una manera fonamentalment diferent, utilitzant la mateixa dinàmica no lineal de la HHG".
Aquest enfocament conceptualment nou, que fusiona completament la HHG amb l'òptica quàntica, podria ajudar a combinar la resolució temporal d'attosegons amb fonts de llum genuïnament no clàssiques.
Referència:
Javier Rivera-Dean et al 2026 Rep. Prog. Phys. 89 047901
Agraïments:
P S acknowledges funding from: The European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Skłodowska-Curie Grant Agreement No 847517. ICFO-QOT group acknowledges support from: European Research Council AdG NOQIA; MCIN/AEI (PGC2018- 0910.13039/501100011033, CEX2019-000910-S/10.13039/501100011033, Plan National STAMEENA PID2022-139099NB and FUNQIP PID2022-139658NB-I00, Project funded MCIN and by the ‘European Union NextGenerationEU/PRTR’ (PRTR-C17.I1), FPI); QUANTERA DYNAMITE PCI2022-132919, QuantERA II Programme co-funded by European Union’s Horizon 2020 program under Grant Agreement No 101017733; Ministry for Digital Transformation and of Civil Service of the Spanish Government through the QUANTUM ENIA Project call—Quantum Spain Project, and by the European Union through the Recovery, Transformation and Resilience Plan—NextGenerationEU within the framework of the Digital Spain 2026 Agenda; MICIU/AEI/10.13039/501100011033 and EU (PCI2025-163167); Fundació Cellex; Fundació Mir-Puig; Generalitat de Catalunya (European Social Fund FEDER and CERCA program; Barcelona Supercomputing Center MareNostrum (FI-2023-3-0024); Funded by the European Union (HORIZON-CL4-2022-QUANTUM-02-SGA, PASQuanS2.1, 101113690, EU Horizon 2020 FET-OPEN OPTOlogic, Grant Nos 899794, QU-ATTO, 101168628), EU Horizon Europe Program (No 101080086 NeQSTGrant Agreement 101080086—NeQST). J R-D acknowledges funding from UK Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) Funding, Grant UKRI2300 – Attosecond Photoelectron Imaging with Quantum Light.