Un grupo de investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) liderado por Carlos Sánchez Muñoz  ha desarrollado un nuevo método para emitir luz cuántica. El trabajo del equipo se ha publicado en la edición de Julio de la revista Nature Photonics.  

El control de la salida de un emisor de luz es una de las tareas básicas de la fotónica, siendo algunas de sus áreas de referencia el desarrollo de fuentes de láser y de un único fotón. La creciente gama de aplicaciones cuánticas está haciendo que sea cada vez más importante diversificar las fuentes cuánticas disponibles. En este caso, el equipo liderado por Carlos Sánchez Muñoz propone un esquema de la electrodinámica de cavidad cuántica para identificar los emisores que liberan su energía en grupos (o «paquetes», “bundle” en inglés) de fotones N (donde N es un entero). La emisión se puede ajustar con los parámetros del sistema de manera que el dispositivo se comporta como un láser o como una pistola de fotones anN.

Metodología del estudio

Los investigadores del Departamento de Física Teórica de la Materia Condensada de la UAM potenciaron la interacción entre luz y materia que existe a escala microscópica entre cada fotón y átomo individual. Para conseguirlo, recurrieron al confinamiento de átomos, encerrando un átomo entre dos espejos que confinan la luz y estimulando todo el sistema mediante un láser. Este método permitió al equipo retener una cantidad de fotones determinada y emitirlos como un único objeto de luz cuántica, desarrollando así una nueva forma de emitir esta luz.

El estudio permite desarrollar la formulación teórica para caracterizar este tipo de emisores, utilizando las estadísticas derivadas de los experimentos con los” paquetes” como una extensión de las funciones de correlación fundamentales de la óptica cuántica. Estos emisores serán útiles para el procesamiento de información cuántica y para aplicaciones médicas.

Según Carlos Sánchez Muñoz una de las aplicaciones prácticas más importantes de este descubrimiento será «la obtención de imágenes de muestras biológicas reduciendo el daño en los tejidos, ya que mediante la absorción y reemisión simultánea de múltiples fotones se obtienen fotones menos energéticos».

Del estudio se desprende además que este nuevo método también podría servir como base a otras aplicaciones como el entrelazamiento de múltiples fotones, una propiedad del ámbito de la física cuántica por la cual dos o más partículas comparten una función de onda incluso si se hallan muy separadas entre sí. En este sentido tal como señala Sánchez Muñoz este desarrollo permitirá aumentar la precisión en la toma de mediciones, «Cuando la luz se utiliza para hacer medidas de alta resolución en microscopía, existe un límite para el detalle que se puede alcanzar al estar la luz formada por fotones individuales. Sin embargo, si se utilizan estados con múltiples fotones entrelazados, pueden obtenerse resultados que superan este límite de precisión”.