La entrelazación cuántica es uno de los fenómenos más fascinantes de la mecánica cuántica, describiendo una correlación entre dos partículas de tal manera que la medición de las propiedades de una revela instantáneamente las de la otra, sin importar la distancia que las separe. Este fenómeno ha sido aprovechado en aplicaciones como la computación cuántica y la comunicación cuántica.
Un método común para generar entrelazamiento consiste en utilizar un cristal no lineal, el cual produce pares de fotones con polarizaciones entrelazadas a través de un proceso conocido como conversión paramétrica descendente espontánea (SPDC). En este proceso, si un fotón se mide como polarizado horizontalmente, el otro estará siempre polarizado verticalmente, y viceversa.
Recientemente, un grupo de investigadores de Hong Kong y del Reino Unido ha presentado un enfoque innovador para crear hologramas cuánticos utilizando superficies meta, dispositivos ópticos ultradelgados que permiten codificar grandes cantidades de información. Este avance fue publicado en la revista Advanced Photonics.
Hologramas cuánticos y superficies meta
Los investigadores han logrado combinar superficies meta con cristales no lineales para explorar una nueva forma de generar y controlar estados de fotones entrelazados. La clave de su estudio radica en el diseño cuidadoso de las orientaciones de las nanoestructuras dentro de la superficie meta, lo que permite la creación de un holograma cuántico donde la información holográfica y la polarización se entrelazan.
El profesor Jensen Li, de la Universidad de Exeter y autor principal del estudio, comentó: «Hemos demostrado que las superficies meta sirven como una plataforma versátil para generar hologramas cuánticos. La propiedad de entrelazamiento de estos hologramas cuánticos se revela al proyectar un fotón en varios estados de polarización, lo que corresponde a efectos de interferencia observados en otros contextos».
Los investigadores han creado con éxito cuatro letras holográficas—»H,» «V,» «D,» y «A»—entrelazadas con la polarización de los fotones emparejados. Al seleccionar diferentes orientaciones de polarizadores para un fotón, se pudo borrar selectivamente letras específicas en el holograma, demostrando un control preciso sobre la información holográfica entrelazada. Este desarrollo no solo tiene un significado fundamental, sino que también presenta promesas para aplicaciones prácticas en la comunicación cuántica.
Hong Liang, coautor del estudio, destacó que «con patrones de entrelazamiento más complejos, podríamos aumentar la capacidad de información para la distribución de claves cuánticas, que es una forma segura de comunicar». También mencionó que las superficies meta pueden reducir significativamente el tamaño de los sistemas ópticos cuánticos, haciendo esta tecnología más práctica para su uso cotidiano.
Además de su aplicación en la comunicación cuántica, los investigadores sugieren que las superficies meta pueden utilizarse en tecnología anti-falsificación. La complejidad inherente a replicar la superficie meta y la relación intrincada entre las letras y los estados de polarización crean un patrón único que resulta extremadamente difícil de reproducir, aumentando así la seguridad contra la falsificación.
Este estudio resalta cómo la tecnología moderna de nanofabricación puede aprovechar los efectos cuánticos para aplicaciones prácticas. A pesar de su naturaleza ultradelgada, las superficies meta permiten operaciones cuánticas complejas que tradicionalmente requerirían configuraciones ópticas complicadas. Esta investigación no solo profundiza nuestra comprensión colectiva de la mecánica cuántica, sino que también proporciona información valiosa para el procesamiento de información cuántica.
