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Experimenta Alfred U´Ren, del ICN de la UNAM, con aplicaciones potenciales de la óptica cuántica.

 
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31 de octubre de 2013

En su laboratorio del Instituto de Ciencias Nucleares desarrolla fuentes de luz no-clásica, útiles en la computación cuántica
En su laboratorio del Instituto de Ciencias Nucleares desarrolla fuentes de luz no-clásica, útiles en la computación cuántica

En su laboratorio del Instituto de Ciencias Nucleares desarrolla fuentes de luz no-clásica, útiles en la computación cuántica.
Por este trabajo obtuvo el Premio de Investigación 2013 de la Academia Mexicana de Ciencias, en el área de Ciencias Exactas.

La transmisión y procesamiento de información efectuados de forma radicalmente más eficiente en comparación con métodos basados en la física clásica, constituyen posibles aplicaciones para la óptica cuántica. Se trata de un área de la física que podría revolucionar la computación y la criptografía.

Experto en óptica cuántica, Alfred Barry U´Ren Cortés, doctor en física e investigador del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN) de la UNAM, encabeza uno de los pocos laboratorios experimentales del país en ese campo del conocimiento.

Dentro de la instalación de paredes negras, donde dispositivos precisos emiten, controlan, dirigen y detectan haces de luz, el científico desarrolla procesos cuánticos para generar fuentes de luz no-clásica, útiles en la computación cuántica.

Por esa labor, U´Ren Cortés fue distinguido con el Premio de Investigación 2013 de la Academia Mexicana de Ciencias (AMC), en el área de Ciencias Exactas, que cada año se otorga a cinco científicos menores de 40 años, provenientes de diversas áreas del conocimiento (exactas, naturales, sociales, humanidades e ingeniería y tecnología).

“Es un honor, se trata de un premio nacional en el que compiten investigadores de todo el país. El jurado pudo considerar el hecho de haber desarrollado un laboratorio con posibilidades de hacer ciencia de primer mundo en un área que hoy tiene gran importancia”, dijo.

Desde que estudió la licenciatura en la Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa, U’Ren Cortés se interesó en combinar la teoría con la experimentación y la fortaleció al cursar el doctorado en la Universidad de Rochester, un sitio con gran tradición en óptica, donde convergen exitosamente la academia y la industria.

“Aunque mi área de investigación es de ciencia básica, experimental, me interesa explorar posibles aplicaciones, eventualmente generar patentes y fomentar la creación de empresas tecnológicas basadas en la investigación que se hace en la UNAM”, comentó.

Hasta ahora, en Europa y Estados Unidos existen algunas empresas que producen y comercializan dispositivos de criptografía cuántica, que se podrían considerar la aplicación más madura de la óptica cuántica.

“La idea es que se pueden enviar mensajes de manera absolutamente segura, pues las mismas leyes de la física garantizan que las acciones de un posible espía quedan al descubierto”, explicó.

Parejas de fotones en fibra óptica

Desde 2008, en el Laboratorio de Óptica Cuántica del ICN, el doctor en física y sus colegas (un técnico académico, un investigador posdoctoral y siete estudiantes de licenciatura, maestría y doctorado) experimentan con procesos cuánticos en medios ópticos no lineales. “Generamos parejas de fotones aisladas en el tiempo, pues se produce una y, después de un lapso, otra”, detalló.

Una vertiente de su investigación emplea la generación de parejas de fotones en cristales no lineales. “Es una técnica que se utiliza desde hace 40 años, pero tiene la desventaja de que la región de interacción (es decir, donde se pueden generar parejas de fotones) es corta, usualmente de menos de un centímetro”, aclaró.

La otra vertiente (implementada experimentalmente por primera vez hace unos 12 años) produce parejas de fotones en fibras ópticas, lo que tiene ventajas, pues este tipo de fuentes de luz no clásica se pueden compatibilizar con las redes de fibra óptica que ya se encuentran instaladas en el mundo.

“A futuro se podrían incorporar las fuentes de luz no clásica, basadas en fibra óptica, a las redes de fibras ópticas para telecomunicaciones ya existentes. A diferencia del caso de cristales no lineales, la longitud de interacción es esencialmente ilimitada, es factible tener kilómetros de interacción, por lo que la eficiencia de generación puede ser mucho mayor”, apuntó.

Las fibras ópticas tienen flexibilidad para diseñar el tipo de luz emitida. “Las parejas de fotones pueden tener propiedades específicas de utilidad para aplicaciones particulares al elegir las propiedades de la fibra. Por ejemplo, al calentar la fibra, en el laboratorio la podemos estirar para controlar su diámetro y, con ello, las propiedades ópticas y el tipo de luz que se generará”.

La no-linealidad, que regula la eficiencia de la fuente, se modifica drásticamente al disminuir el diámetro y ayuda a tener fuentes más eficientes.

“Controlar el diámetro de la fibra nos permite controlar sus propiedades ópticas, lo que determina el tipo de luz que se emite. Podemos generar desde estados factorizables (que no tienen enredamiento cuántico), hasta estados altamente enredados y todos los tipos intermedios. Es posible adecuar la fuente a diversos tipos de necesidades”, acotó.

Computación cuántica

Uno de los motores de esta investigación es generar estados de luz no clásica apropiados para la computación cuántica.

“Al contar con una fuente de parejas de fotones, podemos detectar a un fotón del par, que anuncia la presencia del otro. Nos hemos enfocado a generar parejas con características apropiadas para garantizar que los individuales anunciados tengan las propiedades requeridas para diversas aplicaciones”, señaló.

Si las parejas de fotones cumplen características específicas, el estado de los fotones individuales anunciados será cuánticamente puro. “Uno de nuestros trabajos con mayor impacto consistió en diseñar técnicas experimentales para lograr la emisión de fotones individuales cuánticamente puros, que es un requisito fundamental de diversas propuestas de procesamiento de información cuántica, incluída la computación cuántica”.

Fortalecer vinculación academia-empresas

U´Ren Cortés consideró importante fortalecer la vinculación entre la ciencia experimental y las empresas en México. “Idealmente los grupos experimentales generaríamos patentes y nuevas empresas que podrían derivar en la creación de empleos de alto nivel y crecimiento económico. Ése es un gran reto, pues aunque la ciencia en el país se puede considerar relativamente madura y establecida, la vinculación apenas empieza”.

A la nación le conviene estar en esta área de la óptica cuántica, pues es estratégica y en los próximos 10 ó 30 años podrían desarrollarse tecnologías novedosas que derivarán en una vinculación directa con la economía del siglo XXI, finalizó.

Creditos: UNAM-DGCS-651