Avanzan universitarios en la 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.