Científicos brasileños producen haces de luz intensos mediante correlaciones cuánticas

El horizonte de aplicaciones de este trabajo, desarrollado en la Universidad de São Paulo, va de la metrología de alta precisión a la codificación de informaciones

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – Tecnologías de vanguardia, altamente sofisticadas, aplican hoy en día las propiedades de los estados cuánticos de la luz. Este es el caso de las últimas actualizaciones realizadas en el experimento LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, utilizado en la detección de ondas gravitacionales desde septiembre de 2015), que aumentaron su sensibilidad, o de las claves criptográficas de seguridad empleadas en los satélites.

Estas dos soluciones se valen de cristales como amplificadores ópticos libres de ruidos. Sin embargo, el uso de vapores atómicos ha surgido como una alternativa más eficiente, que aumenta la accesibilidad a los estados no clásicos de la luz.

“Demostramos que los osciladores basados en estos amplificadores atómicos pueden generar haces intensos con correlaciones cuánticas”, le dice a la Agência FAPESP el investigador Marcelo Martinelli, del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (IF-USP). Martinelli es coautor de un artículo publicado en la revista Physical Review Letters, en el cual se describen los principales resultados de un Proyecto Temático que él coordina, apoyado por la FAPESP.

Tanto los cristales como el vapor atómico permiten producir pares de haces de luz relacionados cuánticamente. El reto consiste en investigar la conducta de estas fuentes. Por debajo de una determinada potencia, la luz se comporta de una manera parecida a la de la luz de una lámpara. Por encima de un cierto umbral, pasa a tener características análogas a las de un láser. “Es como si los cristales o el vapor atómico convirtiesen la luz de una lámpara en luz de láser. Es más fácil investigar esta transición en el medio atómico que en el medio cristalino, pues el medio atómico permite obtener haces más intensos”, compara Martinelli.

Y para ello se emplean cavidades ópticas. Al controlar la geometría de las cavidades y la temperatura del vapor atómico, Martinelli y sus colaboradores lograron producir el acoplamiento de fotones en cavidades más abiertas.

“Esto redundó en dos ventajas en comparación con las antiguas cavidades basadas en cristales. Permite lograr una mayor eficiencia cuántica, al hacer que la cantidad de fotones que suministra la ventana de salida supere fácilmente al número de fotones que se pierden en el ambiente. Y hace posible investigar detalles más sutiles de la transición entre la luz de frecuencias heterogéneas y la producción de haces de luz intensos con características de láser. Fue como si hubiésemos abierto una ‘ventana indiscreta’ para escrutar la dinámica cuántica en la transición de fase”, afirma el investigador.

El horizonte de aplicaciones de esto incluye a la metrología de alta precisión, con la manipulación del ruido cuántico de la luz. Y también a la codificación de informaciones mediante el entrelazamiento cuántico.

Puede accederse a la lectura del artículo intitulado Quantum Noise Correlations of an Optical Parametric Oscillator Based on a Nondegenerate Four Wave Mixing Process in Hot Alkali Atoms en el siguiente enlace: journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.083601.