Científicos de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) argumentan que los fenómenos cuánticos más exóticos y complejos ocurren a las frecuencias donde los sistemas cuánticos emiten menos luz
En un reciente artículo invitado por The Royal Society, publicado en la prestigiosa revista Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, un equipo de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) propone explorar los fenómenos cuánticos más profundos. Para ello, sugieren escanear a las frecuencias donde los sistemas cuánticos emiten menos luz.
Tradicionalmente, la caracterización de estos sistemas —como átomos, moléculas o puntos cuánticos— se basa en la medición de la luz en sus picos espectrales, es decir, a las frecuencias donde más emiten. Sin embargo, los investigadores sugieren que las interacciones cuánticas más complejas y exóticas ocurren paradójicamente donde la emisión es más débil.
Concretamente, el equipo propone estudiar el espectro de múltiples fotones, conocido como espectro de N fotones, para revelar procesos que no son visibles en las mediciones convencionales de un solo fotón.
Ejemplo de espectro de dos fotones para un triplete espectral. Paradójicamente es en las regiones más alejadas de los picos del espectro donde la física de dos o más fotones se manifiesta más intensamente (colores rojo o azul) y nos sorprende con los fenómenos más exóticos y llamativos. / UAM
Según los investigadores, estos procesos incluyen fenómenos como: transiciones virtuales, donde los electrones decaen a niveles de energía más bajos saltándose varios intermedios; entrelazamiento, cuando dos o más fotones se vinculan sin importar la distancia; squeezing, propiedad que lleva al límite el principio de incertidumbre de Heisenberg; e interferencias cuánticas, que afectan la emisión de un número determinado de fotones.
“En estas situaciones, las correlaciones son de naturaleza cuántica y muy fuertes, por lo que se podrían explotar para las aplicaciones y tecnologías cuánticas que nos depara el futuro”, agregan los autores.
Una ventana única hacia la física cuántica
Elena del Valle, profesora en la UAM, y Fabrice Laussy, investigador del ICMM-CSIC, llevan más de una década investigando este tipo de procesos. Junto con Eduardo Zubizarreta Casalengua, quien completó su tesis con ellos en la UAM y ahora realiza un postdoctorado, colaboran con el grupo experimental de Kai Müller en la Universidad Técnica de Múnich, trabajando en la demostración experimental de estas ideas.
Este trabajo ha sido destacado por The Royal Society en el marco del 15º aniversario de la Newton International Fellowship, que del Valle obtuvo en 2009.
“Estos descubrimientos nos acercan a un futuro donde estas propiedades podrán aprovecharse tecnológicamente”, apuntan los autores. “Nuestra investigación se basa en dos pilares teóricos: una teoría de correlaciones de fotones resueltas en frecuencia y la interacción entre campos clásicos y cuánticos”, explican. “Las correlaciones multifotónicas resueltas en frecuencias ofrecen una ventana única hacia la dinámica cuántica, por ejemplo, de los qubits (sistemas de dos niveles), y su emisión, la fluorescencia de resonancia”, detallan los autores.
Tal y como expresó Newton en su día: ‘Parece que sólo he sido como un niño que juega en la orilla del mar (…), mientras el gran océano de la verdad se extendía inexplorado ante mí.’”.
Referencia bibliográfica: Two photons everywhere, E. Zubizarreta Casalengua, F. P. Laussy, E. del Valle, Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 382, 2281 (2024).
