ESTADOS NO SEPARABLES DE LUZ:

DE LA ÓPTICA CUÁNTICA A LA ÓPTICA CLÁSICA

Fecha: 30 de Junio de 2022

Edición: Junio 2022 No. 31

Carmelo Rosales · | Hacemos ciencia para ti | Visto 370 veces

CARMELO ROSALES

El control de los diversos grados de libertad de la luz, tales como su polarización, su forma espacial, su longitud de onda, su amplitud, su coherencia, entre otros, es de suma importancia para la óptica moderna, tanto a nivel clásico como cuántico. El control de estos grados de libertad ha permitido una gran cantidad de aplicaciones en áreas tan diversas como las telecomunicaciones, la metrología óptica, la industria manufacturera o la medicina. En el área de las telecomunicaciones, dicho control ha proporcionado la herramienta perfecta para conectar a personas del mundo entero por medio de ondas de luz viajando por kilómetros y kilómetros de fibra óptica tendidos en el fondo de los océanos. En el área de la medicina, la cantidad de aplicaciones que se han desarrollado son innumerables, cirugías láser, técnicas de diagnóstico y tratamiento de enfermedades, entre muchas más. En el área de la manufactura, es muy común el uso de láseres de alta potencia para cortar, soldar, marcar, taladrar, etc., todo tipo de materiales. Finalmente, en el área de la óptica cuántica el control de la forma de la luz, proporciona una herramienta poderosa para conseguir sistemas de comunicaciones con mayor seguridad.

Tradicionalmente, los diversos grados de libertad de la luz siempre se han estudiado de forma independiente sin considerar el potencial que existe en la manipulación de dos o más de ellos acoplados de forma no-separable. Sin embargo, en años recientes el estudio de dichos haces, a los que se ha denominado no-separables, empezó a cobrar relevancia. De forma importante, este tipo de haces guarda una similitud relevante con los estados enredados de la mecánica cuántica, razón por la cual también se les conoce como estados clásicamente-enredados. Dicha similitud está abriendo nuevas brechas en el campo de la ciencia y la tecnología, dando lugar no solo a nuevos conceptos fundamentales sino también a nuevas aplicaciones. Un ejemplo particular de este tipo de haces, que se ha popularizado durante la última década, son los haces no-separables en sus grados de libertad espacial (relacionado con la forma del haz) y de polarización (relacionado con la oscilación del campo electromagnético de la luz). Este tipo de haces, a los que también se les conoce como vectoriales, han demostrado un potencial en crecimiento en el desarrollo de nuevas aplicaciones. El sensado remoto constituye un primer ejemplo, en donde este tipo de haces permite medir de forma simultánea la posición y velocidad de objetos distantes. Un segundo ejemplo está relacionado con la resistencia que este tipo de haces presenta a las perturbaciones ocasionadas, por ejemplo, al propagarse en condiciones adversas como tejido biológico o la turbulencia atmosférica. Dicha resistencia los convierte en un candidato ideal para aplicaciones en áreas tan diversas como las telecomunicaciones ópticas o la medicina.

De forma importante, la similitud que los haces no-separables tienen con los estados cuánticos enredados, establecen un puente entre el mundo cuántico y el mundo clásico, permitiendo utilizar las herramientas cuánticas para describir muchas de las propiedades de los haces no-separables. Más aún, dicha similitud proporciona una plataforma de lanzamiento para el desarrollo de aplicaciones basadas completamente o de forma parcial en esta similitud, abriendo así el camino a aplicaciones casi imposibles de realizar con estados cuánticos pero mucho más sencillas estados clásicamente-enredados. Uno de los mejores ejemplos es la reciente demostración que los estados vectoriales se comportan de forma muy similar a los fotones enredados en condiciones adversas como la propagación en el espacio libre, esta demostración proporciona una herramienta útil para facilitar la implementación de sistemas de comunicaciones cuánticos de alta seguridad.

Un estudio detallado de todas las similitudes que existen entre los estados no separables o clásicamente-enredados y los estados enredados de la mecánica cuántica, así como de las diversas aplicaciones basadas en dicha similitud fue publicado recientemente en la prestigiosa revista Laser and Photonics Reviews, que cuenta con un factor de impacto de 13.14. Dicha publicación constituye una colaboración entre el Dr. Carmelo Rosales-Guzmán del CIO y el Dr. Yijie Shen de la universidad de Southampton en el Reino Unido.