Filtro cuántico: cómo el entrelazamiento atraviesa un medio turbio ✛

‹›

Cuando la luz atraviesa un tejido biológico o un vidrio esmerilado, se dispersa y pierde la imagen. Investigadores del Instituto de Nanociencias de París demostraron que un medio dispersivo puede ajustarse para que transmita imágenes codificadas en las correlaciones de fotones entrelazados, pero siga siendo opaco para la luz clásica. Para ello, utilizaron un modulador espacial de luz que selecciona una máscara de fase que preserva las correlaciones cuánticas. Como resultado, el medio se convierte en un filtro cuántico-clásico: el canal cuántico permanece abierto y el clásico queda bloqueado. Esto abre el camino hacia la transmisión segura de información y nuevos métodos de imagen en entornos complejos.

El experimento se basa en la conversión paramétrica espontánea: un láser ultravioleta de 405 nm de longitud de onda ilumina un cristal no lineal de borato de bario beta, que genera pares de fotones entrelazados con una longitud de onda de 810 nm. El objeto se codifica en las correlaciones espaciales de estos pares: la imagen se reconstruye a partir de las coincidencias de fotones registradas por una cámara con resolución temporal de nanosegundos. El medio complejo consiste en un modulador espacial de luz y una capa de parafilm. Para encontrar la máscara de fase adecuada, los investigadores optimizaron numéricamente la imagen de correlación, utilizando la matriz de dispersión medida y un estado guía entrelazado. En el régimen clásico, el mismo objeto se iluminaba con un diodo superluminiscente y la imagen se registraba con una cámara ordinaria.

Tras la optimización, el medio se volvía transparente para la imagen de correlación de fotones entrelazados, pero la imagen clásica permanecía completamente borrosa. En simulaciones numéricas con 50 soluciones no clásicas diferentes, la precisión media de transmisión para el estado entrelazado fue de 0.92, mientras que para el clásico fue de solo 0.25. El resultado clave: una imagen codificada en las correlaciones de un estado de dos fotones separable (no entrelazado) tampoco se transmitía. Esto demuestra que el filtrado es sensible específicamente al entrelazamiento, no simplemente a la presencia de correlaciones. Los experimentos con diferentes medios (una máscara de fase aleatoria, una capa de polidimetilsiloxano de 1 cm de espesor y un medio grueso simulado numéricamente) confirmaron la universalidad del método.

El trabajo introduce un cambio conceptual: un medio complejo no solo puede compensarse, sino también utilizarse como componente activo programable de las tecnologías cuánticas. A diferencia de trabajos relacionados, que o bien estudian la propagación de fotones entrelazados en medios dispersivos, o bien utilizan el entrelazamiento cuántico para mejorar la imagen clásica, aquí el medio mismo se convierte en un filtro cuántico-clásico. Esta es la primera demostración experimental de transmisión selectiva de imágenes basada en la diferencia física entre estados entrelazados y clásicos, y no en el procesamiento computacional. El método podría extenderse a medios dinámicos, como tejidos biológicos, si se aceleran la optimización y el registro de correlaciones. Teóricamente se ha demostrado que para estados entrelazados arbitrarios y medios de cualquier complejidad siempre existen soluciones no clásicas, realizables mediante conformación de frente de onda en múltiples planos. Esto abre el camino hacia la imagen cuántica en condiciones reales, donde el medio cambia con el tiempo.