La miniaturización de los equipos de alta tecnología se hace cada vez más notoria en todas partes, incluso en la vida cotidiana. Por ejemplo, la célula elemental de uno de los chips en una laptop es de un tamaño de 20 a 30 nanómetros (mil veces más delgado que un cabello), y es todavía un objeto macroscópico. Sin embargo, la disminución potencial hasta 5 nanómetros, cuando el número de átomos en una célula sería alrededor de cien, se vuelve inevitable utilizar conceptos de la física cuántica, pues ya sería un objeto microscópico.
Resulta, que muchas de las leyes de la física cuántica van totalmente en contra de nuestra intuición (imagínese que la dirección de una pelota de ping-pong dependiera del número de personas que ¡la estuvieran observando! o que un objeto pudiera estar en dos lugares distintos del universo ¡simultáneamente! —o más estrictamente, detectar un solo objeto en dos lugares distintos—). A pesar de su extrañeza, el conocimiento de estas leyes permite realizar cosas inimaginables bajo la perspectiva de nuestra experiencia diaria. Por ejemplo, se puede transmitir información equivalente a una secuencia infinita digital (que consiste de 0 y 1) en un solo pulso; o es posible siempre detectar a un espía que lea correspondencia privada. Las aplicaciones de estas leyes han llevado a la tecnología cuántica, una tecnología que permite manejar objetos cuánticos a voluntad. Las aplicaciones más notorias ya se ven tanto en sistemas de información (existen la criptografía cuántica y los relojes atómicos ultraprecisos) como en el desarrollo de detectores supersensibles, y muy pequeños, que miden campos magnéticos incluso dentro de células humanas.
Resulta que los portadores naturales de la información que se transmite entre objetos microscópicos son los cuantos de la luz: los fotones. Para guardar la información en la luz se utiliza una propiedad física importante: la polarización. La polarización de la luz describe las oscilaciones de campos eléctricos y magnéticos de la onda en el plano perpendicular a su propagación. En el mundo “clásico” esta propiedad se utiliza en los lentes de sol, en los vidrios de los coches o para crear efectos 3D en cine. A nivel cuántico, los fotones también pueden tener cierta polarización, aunque no es obvio cómo caracterizarla ni, sobre todo, como medirla. Este problema es genérico para el mundo cuántico: ¡es imposible dar una descripción completa de un sistema cuántico! Para poder decir algo hay que realizar mediciones sobre muchísimas copias de un mismo objeto. A este procedimiento se le llama tomografía cuántica.
El proceso de monitoreo, o tomografía cuántica es absolutamente necesario, si uno quiere mantener el control sobre fotones. De verdad es vital observar el comportamiento de los dispositivos a la hora de transmitir información; y es necesario emplear diversos algoritmos para almacenar y procesar la información transferida por la luz.
Curiosamente, aun los haces de luz más o menos intensos, que contienen 1011 fotones en un pulso, pueden mostrar comportamiento cuántico. Este hecho es muy notorio debido a que estas intensidades pueden propagarse por una guía de onda óptica sin mayor problema.
Lo que se logró hacer en los laboratorios del Instituto de la Luz de Max Plank (Alemania), donde colaboró el Dr. Klimov, fue realizar tomografía de un haz intenso de fotones en un estado muy peculiar, un estado comprimido en polarización (que es un estado donde el ruido cuántico de la polarización está distribuido no uniforme espacialmente; tales estados de la luz permiten transferir y detectar señales ultradébiles), y además se propuso una forma novedosa de caracterizar estados de polarización cuántica.
El problema de detección de efectos cuánticos y, especialmente, su preservación en el tiempo en sistemas macroscópicos, que contienen gran número de partículas, es de suma importancia científica debido a que pueden ser manipulados de forma mucho más sencilla que los sistemas microscópicos. Al estudio de estos problemas se dedica el grupo de Óptica e Información cuántica de la Universidad de Guadalajara en colaboración con grupos de otros países.
Fuente: UdeG
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