Avances en luz cuántica estructurada abren la puerta a comunicaciones más seguras y a computación ultraveloz
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Un equipo internacional de científicos, incluyendo investigadores de la UAB, ha publicado en Nature Photonics una revisión sobre un campo emergente que está transformando la forma en que nos comunicamos, medimos y procesamos la información: la luz cuántica estructurada. Esta tecnología combina información cuántica con estructuras espaciales y temporales de luz para crear fotones con una capacidad de información sin precedentes.
Los autores destacan cómo la manipulación de múltiples grados de libertad de la luz, como la polarización, los modos espaciales y la frecuencia, permite generar estados cuánticos de alta dimensión, donde los ya familiares qubits (bidimensionales, con fotones en superposición de dos estados cuánticos) se convierten en qudits (con más de dos dimensiones). Estas propiedades crean nuevas oportunidades en múltiples campos. En el campo de las comunicaciones cuánticas, se incrementa la seguridad, ya que existe una mayor capacidad de información por fotón, y se abre la posibilidad de tener múltiples canales de comunicación simultáneos, con mayor tolerancia a errores y resistencia al ruido. En términos de computación cuántica, la luz estructurada permite circuitos más simples y rápidos, con la posibilidad de crear estados para simulaciones complejas. También abre la puerta a avances significativos en imagenología y metrología, con técnicas de resolución mejoradas —como el reciente desarrollo del microscopio cuántico holográfico, que permite obtener imágenes de muestras biológicas delicadas— y sensores ultrasensibles basados en correlaciones cuánticas. Además, la luz estructurada permite realizar simulaciones de sistemas cuánticos complejos para predecir, por ejemplo, la interacción entre moléculas y redes, con potencial para el desarrollo de nuevos materiales.
Según el profesor Andrew Forbes, autor correspondiente de la Universidad de Witwatersrand en Johannesburgo, el campo ha cambiado drásticamente en dos décadas. «La adaptación de los estados cuánticos, donde la luz cuántica se diseña para un propósito específico, ha cobrado impulso últimamente, y finalmente comienza a mostrar todo su potencial. Hace veinte años, las herramientas para esto estaban prácticamente vacías. Hoy contamos con fuentes integradas de luz cuántica estructurada, compactas y eficientes, capaces de crear y controlar estados cuánticos».
“Aunque hemos logrado avances asombrosos, aún existen desafíos”, afirmó Forbes. “El alcance de la luz estructurada, tanto clásica como cuántica, sigue siendo muy bajo, pero esto también representa una oportunidad que estimula la búsqueda de grados de libertad más abstractos que se puedan explotar”.
Según el investigador Adam Vallés, del Grupo de Óptica del Departamento de Física de la UAB, “estamos en un punto de inflexión: la luz cuántica estructurada ya no es solo una curiosidad científica, sino una herramienta con potencial real para transformar la comunicación, la computación y el procesamiento de imágenes”. Vallés destacó el papel de la UAB como institución referente en este campo gracias a la alianza con el profesor Andrew Forbes, con “avances de gran impacto internacional, como la teletransportación estimulada de información cuántica codificada en altas dimensiones, el diseño de cavidades láser para generar estados complejos de alta pureza y, en el campo de la criptografía, la distribución de claves cuánticas robustas ante obstáculos que bloquean los canales de comunicación”.
El artículo, que apareció en la portada en el número de este mes de Nature Photonics, lo que expone su relevancia, es fruto de una larga colaboración entre el investigador Adam Vallés, del Grupo de Óptica del Departamento de Física de la UAB, y el grupo de investigación especializado en luz estructurada, liderado por el profesor Andrew Forbes, de la Facultad de Física de la Universidad de Witwatersrand, Johannesburgo, Sudáfrica. Su último proyecto, finalmente publicado como artículo de revisión, también ha sido posible gracias al apoyo de la Catalonia Quantum Academy (CQA), una plataforma colaborativa coordinada por el Institut de Ciències Fotòniques (IC*FO) e impulsada por la Generalitat de Catalunya, que trabaja para fortalecer la formación y el desarrollo del talento en ciencias y tecnologías cuánticas en Cataluña.
Cita #
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El estudio Progress in quantum structured light (Avances en la luz cuántica estructurada) fue publicado en Nature Photonics
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El artículo New advances in quantum structured light pave the way for safer communications and ultra-fast computing fue publicado en la sección de noticias de la Universitat Autònoma de Barcelona