• 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.
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