El límite cuántico de la luz

Un equipo de físicos e ingenieros de la Universidad de Toronto en Canadá, han demostrado una nueva técnica para exprimir la luz a su límite cuántico fundamental, ésta ofrecerá un gran potencial en aplicaciones de medición de alta precisión, propiciando una nueva generación de relojes atómicos, novedosa computación cuántica, así como una mejor comprensión fundamental del universo. Krister Shalm, Rob Adamson y Aephraim Steinberg del Departamento de Física Cuántica de la UT, publicaron las conclusiones de ésta investigación el 1 de Enero del presente año en la prestigiosa revista internacional Nature.

Las mediciones precisas se encuentra en el corazón de todas las ciencias experimentales: la forma más exacta en la que podemos medir algo obteniendo información crucial. En el mundo cuántico, donde las cosas se ponen cada vez más pequeñas, la precisión en la medición se vuelve más y más difícil de alcanzar, según explicaba Krister Shalm.

La luz es uno de los más más precisos instrumentos de medición en la física y se ha utilizado como sonda en cuestiones fundamentales de la ciencia que van desde la relatividad especial a las cuestiones relativas a la gravedad cuántica. Pero la luz tiene sus límites en el mundo moderno de la tecnología cuántica.

La partícula más pequeña de la luz es un fotón, y es tan diminuta que una simple bombilla emite miles de millones de fotones en una trillonésima de segundo. A pesar de la inimaginable efervescente naturaleza de estas pequeñas partículas, las modernas tecnologías cuánticas se basan en un solo fotón para almacenar y manipular la información. Sin embargo, la incertidumbre, también conocida como ruido cuántico, se interpone en el camino de la información, explicaba el profesor Aephraim Steinberg.

En el experimento llevado a cabo en la UT por los físicos e ingenieros, se combinaron tres fotones de la luz dentro de un conjunto de fibra óptica, para crear un trifotón. Una extraña característica de la física cuántica que ocurre cuando varios fotones idénticos se combinan, como ocurre en las fibras ópticas, como las utilizadas para llevar Internet a nuestros hogares. Los investigadores entonces comprimieron el trifónico estado para recopilar la información cuántica que fue codificada en la polarización del trifotón. La polarización es una propiedad de la luz que se encuentra en la base de las películas de cine, así como en las gafas de sol para reducir el deslumbramiento, y en la próxima ola de tecnologías avanzadas tales como la criptografía cuántica.

En todo el trabajo previamente, existía la suposición de la posibilidad de comprimirse indefinidamente, simplemente para ello, tolerar el crecimiento de la incertidumbre en la dirección desinteresada. Pero el mundo de la polarización, al igual que la Tierra no es plana. El estado de polarización puede ser pensado como un pequeño continente en una esfera flotante. Exprimido cuando nuestro continente trifotón, procedía primariamente como en todos los experimentos anteriores. Pero cuando se comprimió lo suficientemente fuerte, el continente se alargó tanto que comenzó a producirse el efecto “wrap around” en la superficie de la esfera.

Para usar una metáfora mayor, todos los experimentos anteriores se limitaban a estas pequeñas áreas de la esfera que parecía ser plana. En esta investigación fue necesario trazar un mapa trifotón en un mundo, que representa una esfera en la prestación de una interfaz intuitiva y de fácil aplicación de visualización. Al hacerlo, se mostró por primera vez que la naturaleza esférica de la polarización crea cualitativamente diferentes estados y espacios de un límite que indica cuánto se puede apretar o comprimir.

Por primera vez, se ha demostrado una técnica para generar cualquier estado trifotón y demostrar que la naturaleza esférica de los estados de polarización de la luz tiene inevitables consecuencias. En pocas palabras: para visualizar correctamente estados cuánticos de la luz, se debe señalar en una esfera.

Más información: Universidad de Toronto