Manipulación de fotones, hacia el procesamiento cuántico de la información

Por Karla Navarro

Ensenada, Baja California. 9 de enero de 2018 (Agencia Informativa Conacyt).- La doctora Karina Garay Palmett, especialista del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE), dirige un grupo de investigación dedicado al desarrollo de ingeniería de procesos para generar estados no clásicos de luz con características especiales; en particular trabaja en la generación de estados de dos fotones.

Cómputo cuántico y criptografía cuántica, sistemas de comunicación y procesamiento cuántico de la información son algunas de las aplicaciones para las cuales es necesario generar el estado de dos fotones, fenómeno que puede ser producido por la interacción de luz láser con un material, en este caso fibra óptica. 

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, la doctora Garay Palmett comentó que para los experimentos realizados en colaboración con investigadores del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), se utilizó un láser de titanio zafiro.

“Todas las aplicaciones encajan en lo que se ha denominado como procesamiento cuántico de información, es utilizar los grados de libertad de los fotones para transmitir y procesar información; en el caso de criptografía cuántica, es una aplicación relacionada con aspectos de seguridad”, refirió.

Explicó que un fotón es un paquete fundamental de luz; sin embargo, por la naturaleza dual onda-partícula, hay manifestaciones asociadas con el comportamiento como partícula que solo se pueden percibir cuando hay fuentes que emiten al nivel de pocos fotones.

“Cuando tenemos un láser, son millones de fotones los que se producen y los procesos que se manifiestan en la interacción con la materia se pueden describir desde la teoría ondulatoria, dado que la luz es una onda electromagnética. Cuando hablamos de un fotón nos referimos a un paquete de luz, pero en la emisión de un láser el número de fotones es tan alto que nos referimos a un haz de luz", agregó Garay Palmett.

Indicó que lograr el desarrollo de fuentes de fotones individuales y estados entrelazados de luz que sean eficientes y controlables, representa un potencial importante para el campo de procesamiento de información por medio de luz, una propuesta que escala al sistema binario, en el que todos los valores son representados utilizando las cifras cero y uno.

Proceso espontáneo

La doctora Karina Garay Palmett expuso que el proceso para generar el estado de dos fotones en fibras ópticas, se conoce como mezclado de cuatro ondas espontáneo.

“En lo que consiste este proceso es que de la interacción de un láser con el material, en este caso con la fibra óptica, eventualmente dos fotones de láser se aniquilan y simultáneamente se da la generación de un par de fotones; ese par de fotones lo llamamos convencionalmente señal y acompañante”, abundó.

Especificó que, derivado del proceso, los dos fotones mantienen correlación en frecuencia, modo espacial o momento transversal.

“Es una interacción que se da a nivel de fotones individuales, mediado por las fluctuaciones del vacío, es decir, el proceso es espontáneo, no se estimula. En la versión clásica del mismo proceso, además del haz de bombeo, es necesario inyectar en la fibra un segundo láser, aunque de menor intensidad, cuya frecuencia, es decir su color, corresponda con la de uno de los modos de generación: señal o acompañante”, apuntó.

La investigadora del CICESE adelantó que tras especializarse en la generación de estados de dos fotones correlacionados, ha iniciado estudios para lograr manipularlos y generar estados entrelazados, abriendo la posibilidad de incursionar en algunas aplicaciones; su principal interés es la implementación de un protocolo de teleportación cuántica.

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