Le proprietà degli stati quantistici della luce sono già sfruttate da tecnologie all'avanguardia altamente sofisticate come quelle degli ultimi aggiornamenti di sensibilità a LIGO, l'Osservatorio sulle onde gravitazionali dell'interferometro laser, utilizzato per rilevare le onde gravitazionali da settembre 2015, o le chiavi di crittografia utilizzate per la sicurezza a bordo del satellite.

Entrambe le soluzioni utilizzano i cristalli come amplificatori ottici privi di rumore. Però, l'uso di vapori atomici è stato considerato un'alternativa più efficiente che migliora l'accessibilità degli stati luminosi non classici.

"Mostriamo che gli oscillatori basati su questi amplificatori atomici possono generare intensi fasci di luce con correlazioni quantistiche, " ha detto Marcello Martinelli, un ricercatore presso l'Istituto di Fisica dell'Università di San Paolo (IF-USP). Martinelli è coautore di un articolo pubblicato su Lettere di revisione fisica descrivendo i principali risultati fino ad oggi di un Progetto Tematico per il quale è il ricercatore principale e che è sostenuto dalla São Paulo Research Foundation-FAPESP.

Sia i cristalli che i vapori atomici possono essere utilizzati per produrre coppie di fasci di luce correlati quantisticamente. Indagare sul comportamento di queste fonti è una sfida. Il comportamento della luce al di sotto di un certo livello di potenza assomiglia a quello della luce prodotta da una lampadina. Al di sopra di una certa soglia, le sue caratteristiche sono simili a quelle di un laser. "È come se i cristalli o il vapore atomico convertissero la luce di una lampada in luce laser. È più facile investigare questa transizione nel mezzo atomico rispetto al mezzo cristallino poiché in un mezzo atomico possono essere prodotti fasci più intensi, " ha detto Martinelli.

Le cavità ottiche sono utilizzate per questo scopo. Controllo della geometria della cavità e della temperatura del vapore atomico, Martinelli e collaboratori sono stati in grado di produrre accoppiamento di fotoni in cavità più aperte.

"Ciò offriva due vantaggi rispetto alle vecchie cavità a base di cristalli:una maggiore efficienza quantica in modo che il numero di fotoni forniti dalla finestra di uscita superasse facilmente il numero di fotoni persi nell'ambiente, e la possibilità di indagare su dettagli più sottili della transizione tra luce con frequenze eterogenee e la produzione di intensi raggi laser. Era come se avessimo aperto una finestra sulla dinamica quantistica della transizione di fase, " ha detto Martinelli.

Le potenziali applicazioni includono la metrologia ad alta precisione con la manipolazione del rumore quantistico nella luce e la codifica delle informazioni tramite l'entanglement quantistico.