AVANZAN UNIVERSITARIOS EN MANIPULACIÓN DE LUZ CUÁNTICA
· Expertos del
Instituto de Ciencias Nucleares, en colaboración con la Universidad Estatal de
Luisiana, descubrieron que un pequeño haz de luz láser puede ser tan eficaz
como cientos de estos
Controlar la coherencia de
sistemas multifotónicos representa un progreso para el uso de este tipo de luz,
a fin de obtener imágenes de alta precisión o la detección de objetos, entre
otras aplicaciones, revelan investigaciones realizadas por especialistas del
Instituto de Ciencias Nucleares (ICN), de la UNAM.
Roberto León
Montiel, investigador del ICN y coautor del hallazgo, explicó en entrevista que
este avance teórico en materia de manipulación cuántica fue presentado a la
comunidad científica en el artículo Multiphoton quantum van
Cittert-Zernike theorem, en la revista de editorial Nature, npj
Quantum Information.
El experto del
Departamento de Estructura de la Materia detalló que actualmente existe un
sistema para detección de objetos que usa una tecnología llamada LIDAR, que es
un sistema óptico que conforme recorre el espacio de observación “ilumina”
objetos de interés con un láser, el cual se refleja y es detectado a su
regreso; dependiendo del tiempo que tarde este proceso se sabe a qué distancia
está el elemento.
Pero ¿qué sucede si queremos ser
sigilosos y que el objeto no vea que le pega un haz de láser? Tenemos que bajar
la potencia, lo que implica llegar al nivel cuántico, es decir, ver qué pasa
cuando se consideran partículas de luz (o fotones). Entonces, lo que mostramos
es que viendo la estadística de fotones podemos distinguir entre la luz que
pega al objeto y la del medio ambiente, expuso el investigador.
A este proceso, al cual el científico y
sus colaboradores añadieron inteligencia artificial, mejora 50 mil veces la
calidad de lectura de los datos, lo que hace posible que un láser muy débil
pueda hacer un trabajo igual o mejor al que se efectúa en la actualidad.
Hasta ahora no se sabía si era posible
lograrlo, pero León Montiel y sus colegas Omar Magaña Loaiza, líder del
Laboratorio de Fotónica Cuántica de la Universidad Estatal de Luisiana (Estados
Unidos), junto con Chenglong You y Ashe Miller, también de esta institución
educativa, propusieron solucionarlo con el teorema de van Cittert-Zernike.
Al procesar la información en una
simulación por computadora, los investigadores mostraron que es posible y,
sorprendentemente, este efecto no puede explicarse a través de la teoría
clásica de la coherencia óptica, por lo que afirman que el trabajo abre nuevos
paradigmas para la coherencia cuántica multifotónica.
Mundo de posibilidades
El doctor en Fotónica por la
Universidad Politécnica de Cataluña recordó que la cuántica -más allá del
tradicional ejemplo del gato de Schrödinger (que está vivo y muerto en un
cajón)- se refiere a las posibilidades que tiene de ocurrir o no un evento.
Y cuando se trabaja con luz es
importante saber si es coherente o no, por ejemplo la de una lámpara que se
dispersa por toda la habitación no lo es porque los átomos que la generan
actúan de forma independiente y las ondas carecen de un orden. En cambio, un
rayo láser sí, porque todos los fotones se desplazan en conjunto, moviéndose al
mismo ritmo como si fueran un ejército, acotó el líder del grupo técnico
“Quantum Computing and Communication”, de la Sociedad Americana de Óptica
(EUA).
Para este tipo de trabajos, agregó León
Montiel, es fundamental saber qué tanto se parece un haz a otro, lo que se
conoce como coherencia espacial y aquí es donde entra el teorema de van
Cittert-Zernike.
Se trata, manifestó, de una fórmula
matemática la cual establece que, bajo ciertas condiciones, la distribución de
campo de una fuente de luz distante e incoherente espacialmente, puede adquirir
propiedades coherentes al propagarse a una larga distancia; por lo que ha sido
utilizado en aplicaciones de imagenología, incluida la radioastronomía.
Este principio fue aplicado por los
investigadores a nivel cuántico, simulando el comportamiento de un haz de luz y
en el ejercicio conocido como el experimento de Young, donde se tiene una doble
rendija que es iluminada con luz incoherente y, bajo condiciones particulares,
es posible observar fenómenos coherentes cuánticos entre dos regiones
diferentes de la distribución del campo.
