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�La �ptica cu�ntica es el estudio de la luz en situaciones en las que predomina el aspecto corpuscular sobre el ondulatorio. En general, la luz que proviene del Sol, de un foco, de una vela o de un l�ser se comporta como ondas o como part�culas, dependiendo de las circunstancias. En algunos casos salen a relucir sus propiedades ondulatorias; en otros, sus propiedades corpusculares, es decir, de part�culas. Nosotros trabajamos con part�culas de luz, llamadas tambi�n fotones�, dice U"Ren.

Un fot�n es un cuanto de energ�a electromagn�tica (un cuanto representa una unidad fundamental). El fot�n es a la luz lo que el �tomo a la materia.

El trabajo de los investigadores se enfoca en el dise�o de parejas de fotones con propiedades optimizadas. En concreto, ellos se han enfocado en proponer e implementar m�todos experimentales para lograr la emisi�n de parejas de fotones y de fotones individuales puros a frecuencias tanto en el visible como en el infrarrojo.

�Hacemos incidir un haz l�ser, compuesto por unos 100 mil millones de millones de fotones por segundo, en un cristal no lineal. De cuando en cuando, un fot�n, aproximadamente, de cada 10 mil millones del haz l�ser se aniquila para generar dos nuevos fotones independientes, cada uno con la mitad de la energ�a del fot�n original�, explica.

Lo interesante es que estos dos fotones comparten correlaciones denominadas enredamiento cu�ntico. Al llevar a cabo una acci�n sobre uno de ellos, el otro lo �siente� de manera instant�nea. En particular, la medici�n de uno de los dos fotones puede determinar el estado de su contraparte, aun sin hacer medici�n alguna sobre este segundo fot�n.

Originalmente, el enredamiento cu�ntico caus� una enorme controversia, aunque tambi�n ha sido fuente de inspiraci�n de muchos trabajos cient�ficos, incluido el realizado en el Laboratorio de �ptica Cu�ntica del Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM.

Mensajes absolutamente seguros

En la d�cada de los a�os 80 del siglo pasado naci� la rama de la f�sica denominada procesamiento de informaci�n cu�ntica, que representa el aprovechamiento de las propiedades cu�nticas de sistemas f�sicos, entre ellos los fotones, para lograr comportamientos imposibles seg�n las leyes de la f�sica cl�sica. De ah� surgieron posteriormente dos subramas: la criptograf�a cu�ntica y la computaci�n cu�ntica.

Por lo que se refiere a la primera, se pueden utilizar las propiedades cu�nticas de la luz para implementar canales de comunicaci�n que en principio son absolutamente seguros, es decir, cuya seguridad se encuentra garantizada por las mismas leyes de la f�sica.

La secrec�a del mensaje est� resguardada por una llave cu�ntica, la cual se puede transmitir de un usuario a otro, com�nmente denominados Alicia y Beto, de forma tal que resulta imposible que un esp�a intercepte la informaci�n sin que Alicia y Beto se percaten de un intento de espionaje.

�Entre las tecnolog�as basadas en la mec�nica cu�ntica, la transmisi�n de llaves secretas o criptograf�a cu�ntica es la que m�s ha progresado. Incluso, algunas compa��as ya han desarrollado algunos prototipos y �stos ya han sido adquiridos por bancos o fuerzas armadas para enviar informaci�n de gran sensibilidad�, apunta U"Ren.

Unidad fundamental de informaci�n

Los sistemas de procesamiento de informaci�n cu�ntica se basan en el llamado cubit, o bit cu�ntico, como unidad fundamental de informaci�n.

�Un fot�n puede tener dos polarizaciones; por ejemplo, horizontal y vertical, lo que corresponder�a al cero y el uno de los bits usuales. Pero un sistema cu�ntico puede tener una superposici�n, es decir, tener simult�neamente el cero y el uno, lo que abre muchas posibilidades, porque no s�lo es cero o uno, sino cero y uno al mismo tiempo, con una cierta combinaci�n de ellos�, indica el investigador de la UNAM.

Aunque todav�a existen diversos obst�culos cient�fico-tecnol�gicos para poder construir una computadora cu�ntica, ya se han propuesto algunos sistemas f�sicos, tales como �tomos e iones individuales confinados en un sistema especial, as� como tambi�n mol�culas o fotones.

Los investigadores universitarios no trabajan propiamente en la computaci�n cu�ntica. Su investigaci�n se enfoca precisamente en vencer algunos de los obst�culos que se presentan en el camino hacia la realizaci�n del procesamiento de informaci�n cu�ntica.

�En particular, nos enfocamos en el dise�o, implementaci�n y caracterizaci�n de fuentes de parejas de fotones que cumplan con los requisitos b�sicos para desarrollar alg�n d�a sistemas de procesamiento de informaci�n cu�ntica, incluso una computadora cu�ntica,� se�ala Alfred U"Ren.

Resultados preliminares

Una de los objetivos fundamentales de esta rama de la f�sica es el desarrollo de una fuente capaz de emitir fotones individuales cu�nticamente puros (es decir, que no est�n compuestos por una mezcla de diferentes modos -o tipos- de luz) y una determinista, es decir, a partir de la cual tengamos la certeza de la existencia de un fot�n individual cuando se requiera.

En relaci�n con esto, los investigadores universitarios han obtenido resultados preliminares muy interesantes en el nuevo Laboratorio de �ptica Cu�ntica del ICN de la UNAM.

�Tenemos en operaci�n una fuente de parejas de fotones, compuesta por un haz l�ser que bombea un cristal no lineal, y hemos podido realizar diversas mediciones de las propiedades cu�nticas de estas parejas de fotones. Para la detecci�n utilizamos fotodiodos de avalancha, los cuales son capaces de constatar el arribo de un fot�n individual�, dice el investigador.

Para hacerse una idea de lo que significa contar un fot�n individual, consideremos que un apuntador l�ser de 2 mili watts -como los que se utilizan en los salones de clase o durante una conferencia- emite unos mil millones de millones de fotones por segundo...

�Hay una probabilidad considerable, que oscila entre 20% y 30% de que un fot�n no sea registrado por un fotodiodo de avalancha. De cualquier manera, no deja de ser notable que seamos capaces de detectar la llegada de un solo fot�n�, comenta U"Ren.

Publicado originalmente en El Universal (M�xico)