La luz láser está presente en múltiples aplicaciones cotidianas y científicas, desde la lectura de un CD, hasta experimentos de frontera física. Aunque la física cuántica es esencial para explicar su funcionamiento, la luz que emite un láser suele comportarse de manera cercana a lo clásico cuando se trabaja a alta potencia (básicamente con una fase y amplitud bien definidas), por lo que son considerados como la frontera entre el mundo clásico y el cuántico. Al modificar sutilmente este “estado” de la luz, es posible acceder a ventajas cuánticas que pueden, por ejemplo, mejorar de forma significativa la precisión de las mediciones y habilitar nuevas aplicaciones tecnológicas en áreas como la computación cuántica.
Este es el objetivo principal de un nuevo proyecto adjudicado en el último concurso Fondecyt Postdoctorado de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID), liderado por el investigador Postdoctoral del Departamento de Física de la FCFM de la Universidad de Chile, Dr. Víctor Gondret, quien llegó desde Francia para incorporarse a esta línea de investigación en el laboratorio Amazing Quantum, que dirige la profesora Carla Hermann. La iniciativa busca estudiar cómo generar y detectar estados cuánticos de la luz no gaussianos e intensos -es decir, estados que no siguen las distribuciones habituales del láser convencional-, y que presentan lo que se denomina como “ventaja cuántica”.
En términos simples, el proyecto propone hacer interactuar la luz de un láser con un medio no lineal, en este caso cristales líquidos: se trata de materiales conocidos por su uso en pantallas, pero que también poseen una fuerte respuesta óptica no lineal. Al controlar cuidadosamente la intensidad y el tiempo de interacción entre la luz y el cristal líquido, la investigación busca transformar el estado del haz del láser (que es básicamente clásico) y explotar sus propiedades cuánticas intrínsecas, manteniendo además la posibilidad de que esta luz se propague y sea transportada por fibra óptica.
“El estado de la luz que utilizamos permite realizar mediciones con mayor o menor precisión. Por ejemplo, para leer la información codificada en un CD es necesario utilizar un láser y no la luz de una bombilla. La luz láser también se emplea en física en interferómetros, que permiten medir desplazamientos de un objeto a escala nanométrica”, explica Víctor Gondret.
Gondret detalla que la investigación busca ir un paso más allá del láser convencional. “En este proyecto postdoctoral proponemos modificar el estado de la luz de un láser haciéndola interactuar con un cristal líquido. Según la duración y la intensidad de la interacción, el estado de la luz puede cambiar y volverse más útil para determinados tipos de mediciones. Además, la luz puede adquirir propiedades interesantes para aplicaciones cuánticas, como la comunicación cuántica o la computación cuántica. La novedad de esta investigación reside también en la forma de la luz producida, que puede propagarse y ser enviada a través de fibra óptica a diferentes lugares”, señala Gondret.
Desde el punto de vista experimental, el equipo utilizará técnicas de detección que permiten reconstruir con gran detalle el estado cuántico de la luz a trabajar, en el régimen intenso, y determinar si presenta características no clásicas, como regiones negativas en su distribución de Wigner, una huella inequívoca de comportamiento cuántico muy difícil de medir a alta intensidad. En paralelo, el proyecto contempla un trabajo teórico y de modelamiento, para comprender qué tipos de estados se generan y cómo optimizar sus propiedades.
¿Cuál es la importancia de esta investigación? Los estados cuánticos no gaussianos de la luz son considerados un recurso clave para tecnologías cuánticas avanzadas, incluyendo sensores de alta precisión, comunicaciones seguras y, en el futuro, también computación cuántica. Lograr generarlos de manera controlada, usando sistemas relativamente simples como cristales líquidos y luz láser intensa, podría representar un avance en la ingeniería de estados cuánticos relevantes hacia tecnologías cuánticas escalables y más accesibles.
Con este proyecto, el Departamento de Física de la FCFM refuerza su liderazgo en investigación de frontera en óptica y física cuántica, al tiempo que contribuye a la formación de capital humano avanzado y al desarrollo del conocimiento con potencial impacto científico y tecnológico de largo alcance.
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