Un experimento contribuye a la caracterización del estado de pares de fotones en escalas de tiempo ultrarrápidas

CICESE/DICYT Ciencia que no se publica no es ciencia, se dice en el medio académico. Y para los científicos no sólo es importante el hecho de publicar, sino el medio donde se difunde el resultado de sus investigaciones o experimentos. Considerada una de las revistas especializadas en física más prestigiosa en el mundo, Physical Review Letters, en su reciente edición publicó un artículo que da cuenta de un importante experimento realizado en el Laboratorio de Óptica Cuántica del Centro de Investigación Científica y Educación Superior de Ensenada (CICESE). Kevin O´Donnell, investigador del Departamento de Óptica de este centro, es el primer autor del artículo Conversión ascendente de pares de fotones enlazados con resolución temporal; Alfred U´ Ren, actualmente investigador de la UNAM, quien también trabajó hace un par de años en el CICESE, es el segundo autor.

Para el ciudadano común la luz es lo que vemos; pero en ciencias, a través de la óptica
–que es una rama de la física– se estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones, y aún hay mucho por aprender y descubrir. De una manera sencilla puede decirse que la luz es una onda, algo similar a las ondulaciones que se forman en la superficie del agua al arrojar una piedra; pero también, la luz es un flujo o “chorro” de partículas compactas llamadas fotones.

La naturaleza cuántica de la luz, que se manifiesta sobre todo en que la materia absorbe o emite luz en unidades discretas de energía llamadas fotones, se encuentra actualmente en el centro de las propuestas tecnológicas más novedosas e importantes. La criptografía cuántica –es decir, la codificación y envío de información–, la computación cuántica y la tomografía óptica coherente cuántica son algunos ejemplos de tecnologías emergentes que podrían ser posibles con el avance en la teoría y la experimentación de la óptica cuántica.

El experimento realizado por Kevin O’Donnell, en el Laboratorio de Óptica Cuántica del CICESE contribuye a la caracterización del estado de pares de fotones en escalas de tiempo ultrarrápidas. A saber, los fotones son partículas de la luz en forma de unidades discretas de energía que duran femtosegundos (la millón-billonésima parte de un segundo (10 a la menos 15 segundos). Quizá es difícil entenderlo porque no se logran percibir en el mundo que vemos, pero en el de los fotones, en el mundo de las cosas muy pequeñas, es algo importante.

De nacionalidad estadounidense y con más 40 artículos publicados en diversas revistas especializadas, Kevin O´Donnell comenta que es la primera vez en su vida que publica en Physical Review Letters. “No es fácil publicar ahí”. Como científico ha trabajado en varios lugares del mundo: Reino Unido, Italia, España y varias ciudades de Estados Unidos, donde siempre ha encontrado retos por superar. Actualmente, en CICESE estudia fotones enlazados los cuales se crean en pares, y cada pareja, formada por un fotón y su correspondiente compañero, mantiene una conexión cuántica. Esto quiere decir, que una vez creadas estas parejas, no existen fotones aislados, sino que siempre existen en parejas conectadas. “En el laboratorio es posible dividir un fotón en dos, pero la probabilidad de que esto suceda en mi laboratorio, es de una vez en cada 10 millones. En otras palabras, se debe usar 10 millones de fotones para crear un par de fotones.

“En ciencia, los conceptos y los experimentos son fáciles de imaginar en la cabeza, pero muchas veces son difíciles o imposibles de realizarlos en el laboratorio”, dice el investigador del CICESE que debió de pasar meses a oscuras en su laboratorio, alineando y calibrando equipo para lograr enlazar pares de fotones. “He pasado muchas horas trabajando. Tuve que estar completamente a oscuras en mi laboratorio alineando y posicionando espejos, lentes y prismas. He pasado casi 6 meses trabajando a oscuras. Esto es por supuesto muy malo para la cabeza”.

Resultados inéditos

Respecto al tiempo invertido para obtener este resultado: “Es difícil decirlo. Desde el momento en el que supe que lo podía hacer, tuve que realizar diferentes pruebas. Así como también, tuve que diseñar, construir e incorporar diversos elementos ópticos y mecánicos al arreglo experimental. Mi interés como investigador es entender la luz. Para mí es emocionante ver algo nuevo, algo que nadie haya visto o descubierto todavía; es por eso que trabajo. Cuando uno trabaja en algo nuevo, nunca se sabe que va pasar, pero uno continua trabajando y si se obtienen resultados, uno sabe que pueden ser importantes. Hay un grupo en Israel y otro en Stanford que trabajan en estudios relacionados a los míos pero sus intereses son diferentes. Tener ideas originales es raro, no hay muchas, pero a veces es posible tenerlas y realizarlas aquí en México", dice Kevin entre risas, emocionado por el resultado de su experimento de pares de fotones enlazados. "Einstein dijo en el nacimiento de la mecánica cuántica que el concepto de enlazamiento cuántico parecía increíble y que sonaba completamente loco. Pero aquí lo estamos viendo”.

Aún sorprendido por el éxito de su experimento, comenta: “Al fin tengo algo interesante. No sé cómo pude hacer esto cuando hay grupos con mucho dinero, con mejores laboratorios y equipos como Stanford, el MIT (por sus siglas en inglés, Instituto Tecnológico de Massachusetts) y otros lugares en el mundo. México puede competir con estos grupos cuando se tiene mucha suerte y mucho entusiasmo, aun teniendo poco dinero. Estoy emocionado y soy afortunado de recibir fondos del CONACYT y del CICESE, el equipo es caro y muchas veces debemos construir nuestro propio equipo”, concluye el investigador del CICESE.