Actualmente, estamos viviendo una segunda revolución cuántica en la que la mecánica cuántica está pasando de ser una curiosidad de laboratorio a una herramienta del mundo real. Es muestra de ello el desarrollo de sofisticadas redes cuánticas de información. Para seguir avanzando en este campo es de suma importancia contar con tecnologías basadas en la manipulación de la luz capaces de abordar los retos que existen actualmente y cuyas soluciones han sido hasta ahora esquivas. Este es el caso de la conversión cuántica de frecuencias y el transporte a larga distancia de fotones individuales y pares de fotones entrelazados.
En una investigación liderada por David Novoa, Investigador Ikerbasque en la UPV/EHU, y publicada en la prestigiosa revista Science, se muestra un nuevo tipo de fibra óptica micro-estructurada que, a diferencia de las fibras convencionales que llevan internet a nuestras casas, guía la luz en un canal hueco con una atenuación extremadamente baja. Este tipo de fibras ópticas que son como “tuberías para la luz” son únicas ya que sus propiedades ópticas son reconfigurables cuando están rellenas de gas a distintas presiones. Esto las convierte en unas plataformas muy versátiles, capaces de operar en un rango espectral sin precedentes, desde el ultravioleta hasta el infrarrojo.
En esta investigación han rellenado la fibra con hidrógeno (gas), ya que es la molécula más ligera de la naturaleza y, por tanto, la que posee una frecuencia fundamental de vibración más alta. Por medio del conocido como efecto Raman estimulado, son capaces de excitar ópticamente las moléculas del núcleo gaseoso de manera que oscilen sincronizadas de forma muy precisa. En palabras de David Novoa, “es en esta coreografía molecular donde reside la belleza de nuestro sistema: Las fuentes de luz cuánticas (los fotones) son capaces, bajo determinadas circunstancias, de extraer la energía vibracional de esas moléculas oscilantes para aumentar su propia energía y así cambiar de frecuencia (color)”.
Este trabajo demuestra la aplicación de una tecnología vanguardista como son las fibras ópticas anti-resonantes, para la mejora de un proceso crítico en las tecnologías cuánticas relacionadas con la luz como es la conversión cuántica de frecuencias. Sistemas complejos como, por ejemplo, las redes cuánticas están compuestos por diferentes sub-sistemas cuya frecuencia óptima de operación no suele coincidir. Es por ello que una técnica capaz de convertir frecuencias ópticas a nivel cuántico en un amplio espectro sin afectar las propiedades de las fuentes de luz originales sería extremadamente útil.
Esta investigación es el resultado de una colaboración internacional en la que participan el Max-Planck Institute for the Science of Light y la Friedrich-Alexander Universität de Alemania.
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