Un equipo internacional de científicos ha conseguido manipular pequeñas cantidades de partículas de luz, conocidas como fotones, que tienen una fuerte relación entre sí. Este avance podría llevar a tecnologías como láseres con sensibilidad cuántica para imágenes médicas. La investigación ha sido publicada en Nature Physics.

«Esto abre la puerta a la manipulación de lo que podemos llamar ‘luz cuántica’. Además, nos permitirá realizar avances en técnicas de medición mejoradas cuánticamente y computación cuántica fotónica», comenta el físico Sahand Mahmoodian de la Universidad de Sydney.

El experimento

Los físicos ya han demostrado que controlar la luz es mucho más difícil que controlar átomos entrelazados cuánticos. Pero, gracias a la emisión estimulada, un fenómeno descrito por primera vez por Albert Einstein en 1916, se ha logrado este gran avance.

En el nuevo experimento, investigadores de la Universidad de Sydney y la Universidad de Basilea dispararon un solo fotón y un par de fotones enlazados en un punto cuántico. Así, lograron medir un retraso de tiempo directo entre el fotón por sí solo y los que estaban atados.

Esta interacción tan fuerte entre los fotones permitió que dos de ellos se entrelacen en la forma de un estado ligado de dos fotones. El equipo consiguió la emisión estimulada y la detección de fotones individuales, así como pequeños grupos de fotones de un solo átomo. Esto los lleva a estar fuertemente correlacionados, en otras palabras, ‘luz cuántica’.

«Este experimento es hermoso, valida un efecto fundamental, la emisión estimulada, en su límite máximo, y representa un gran paso tecnológico hacia aplicaciones avanzadas», señala la física Natasha Tomm, coautora principal, de la Universidad de Basilea.

Láseres

Todo esto es posible gracias a la emisión estimulada, que forma la base de los láseres modernos. Cuando se utiliza una corriente eléctrica o una fuente de luz para impulsar los electrones dentro de los átomos de un material óptico como el vidrio o el cristal, los electrones suben una órbita en el núcleo de su átomo. 

Luego, al volver a su estado normal, emiten energía en forma de fotones. Este proceso significa que todas las fotos resultantes tienen longitudes de onda idénticas, a diferencia de la luz blanca normal.

Este tipo de interacción entre la luz y la materia es la base de tecnologías como computadoras, GPS, imágenes médicas y redes de comunicaciones globales. Incluso LIGO, el observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser que detectó ondas gravitacionales por primera vez en 2015, se basa en láseres.

Importancia

El siguiente paso sería generar estados de luz que puedan hacer mejores computadoras cuánticas. Esto es muy prometedor para aplicaciones en una amplia gama de áreas, desde biología hasta fabricación avanzada.

«Al demostrar que podemos identificar y manipular estados unidos a fotones, hemos dado un primer paso fundamental para aprovechar la luz cuántica para un uso práctico», dice Mahmoodian. Los siguientes pasos, explica, son usar el enfoque para generar estados de luz y producir mejores computadoras cuánticas.

En resumen, el avance conseguido por los físicos australianos y suizos es fundamental para aprovechar la luz cuántica en aplicaciones prácticas y tecnológicas. Este experimento, que valida un efecto fundamental, la emisión estimulada, en su límite máximo, también representa un gran paso tecnológico hacia aplicaciones avanzadas.