efecto Hong-Ou-Mandel

Un blanco de gas se parece a un embudo: cuanto más inclinadas son sus paredes, más fuerte es el flujo. Solo que en este embudo no fluye agua, sino luz ultravioleta, que nace cuando un potente pulso láser atraviesa una nube de argón.

Un microchip es como un pastel en capas: arriba, capas protectoras; dentro, secretos. Un atacante puede ir retirando las capas una a una para llegar a los secretos. El nuevo sensor vigila esto con un rayo de luz. El rayo incide en la superficie del chip con cierto ángulo.

Dos fotones se encuentran en un espejo semitransparente. Si llegan exactamente al mismo tiempo, siempre salen juntos, codo con codo, como gemelos que no quieren separarse. Este efecto, descubierto en 1987, se convirtió en la base de una regla cuántica para medir diminutos retrasos.

En una luz muy tenue, los fotones llegan uno a uno, como gotas de un grifo que gotea — nunca en pares. Este efecto, predicho por Roy Glauber y confirmado por Leonard Mandel, demuestra directamente que la luz está compuesta de partículas.

A la luz le gusta la simetría: en un canal abierto fluye igual en ambas direcciones. Para dirigirla hacia uno solo, los físicos suelen usar imanes. Un nuevo enfoque prescinde de ellos, empleando la rotación —a la velocidad de un disco de vinilo— y la interferencia de dos átomos.

La luz es un flujo de fotones. En una guía de luz especial, que recuerda a un estrecho pasillo, un átomo «guardián» normalmente los deja pasar uno a uno. Este fenómeno es estudiado por la espectroscopia de partículas individuales.

Dos chorros paralelos de átomos, emitidos por condensados de Bose, inician su viaje en caída libre. En la imagen clásica, su separación permanece constante, como dos esquiadores deslizándose por una pendiente perfectamente lisa.

La luz no son solo rayos rectos, sino ondas electromagnéticas capaces de retorcerse en el espacio, como una pareja en un vals. A su giro total los físicos lo llaman momento angular orbital, y durante mucho tiempo se pensó que obedecía a la ley de conservación — un principio fundamental que se deriva de las simetrías de la naturaleza descubiertas por…

Una molécula de deuterio, formada por dos átomos de hidrógeno pesado, se desintegra al recibir el impacto de un láser. Un electrón es arrancado, dejando tras de sí un ion. En ese momento, ambos siguen vinculados: la dirección de uno revela de inmediato hacia dónde fue el otro. Esa conexión se llama entrelazamiento cuántico.

Un rayo láser golpea un átomo y el electrón sale disparado. Acelera, regresa y, al chocar con el átomo, emite un destello de luz: una armónica. Si hay dos rayos de luz y están cruzados como una intersección, el electrón puede elegir diferentes rutas.

En un enorme acelerador, las partículas chocan entre sí y, a veces, tras el impacto solo quedan dos fotones, las partículas de la luz. Los físicos saben predecir con qué frecuencia ocurre esto, pero sus cálculos no coincidían con lo que veían los detectores. Cada refinamiento de la teoría cambiaba la respuesta, y no había acuerdo.

En una habitación oscura, un láser infrarrojo emite un destello y un trozo de polvo negro de K3C60, por una fracción de segundo, comienza a conducir corriente sin resistencia. La luz incide a una frecuencia de 10 terahercios, mil veces más rápida que la de un microondas.

Un grifo del que el agua no sale en chorro, sino estrictamente de a una gota: así se puede describir la fuente de fotones individuales que presentan los autores. En la luz ordinaria, los fotones viajan en multitud, como el agua de un grifo abierto.

Una carretera circular alrededor del Sol por la que no circulan automóviles, sino paquetes de materia. El diámetro de esta carretera es de años luz: rodea nuestro sistema planetario por su borde exterior, en la nube de Oort, donde aún se siente la débil atracción de la estrella.

La luz en la fibra óptica es un flujo de fotones, y para la comunicación cuántica se necesitan fotones individuales que puedan enviarse uno a uno. Pero lograr que salgan rápidamente y además sean indistinguibles entre sí es una tarea difícil.

Un punto cuántico del tamaño de un virus, aprisionado entre espejos, con un destello breve de luz engendra dos fotones. Estos fotones salen en pareja y sus polarizaciones —las direcciones de oscilación de las ondas— están ligadas de tal modo que, si conoces una, al instante sabes la otra.

Normalmente, la corriente eléctrica es igual en ambas direcciones, como el agua en una tubería recta. Pero en la frontera entre un metal normal y un superconductor, esta regla se rompe. Dos ondas en el agua, al rodear un obstáculo ancho por lados opuestos, pueden llegar con diferente retraso y encontrarse «desfasadas».

En una habitación oscura, un átomo y la luz quedan encerrados juntos en una cajita de espejos. La cajita es tan pequeña que el átomo no puede simplemente soltar la luz: intercambian energía constantemente, como dos bailarines que no se sueltan las manos.

Dos fotones salen de una pequeña caja y se comportan como gemelos que siempre visten igual. Si giras a uno, el otro gira al instante de la misma manera, incluso si los separas por kilómetros. Esto no es un truco, sino el entrelazamiento cuántico: una conexión entre partículas que no depende de la distancia.

Una fuente de luz individual en una capa fina de nitruro de boro parpadea y se apaga en un par de nanosegundos. Se pueden crear muchas de estas fuentes en el material, pero cada una funcionaba por su cuenta durante mucho tiempo. En el nuevo trabajo, se logró que brillaran juntas, como músicos tocando al unísono.

En una habitación oscura, dos linternas iluminan una misma pared. Normalmente, sus haces simplemente se superponen y la mancha se vuelve más brillante. Pero si las linternas emiten luz en paquetes especiales, los fotones, bajo ciertas condiciones pueden comportarse de otra manera.

Un láser común emite fotones de uno en uno, como un grifo que gotea. ¿Y si necesitas varias partículas de luz que nazcan en el mismo instante? Los físicos han logrado que una nube de átomos fríos de rubidio emita cuartetos de fotones, como si el grifo soltara cuatro gotas a la vez, cada una cayendo en su propio tubo de ensayo.

El tiempo fluye más lento cerca del suelo que en el techo — así lo predijo Einstein en la teoría de la relatividad. Para notar esa diminuta diferencia, los físicos proponen usar un par de fotones, enlazados como las voces de un dúo.

La luz de una misma fuente puede "encontrarse" consigo misma, y entonces en la pantalla aparecen franjas, como las ondas que se forman al lanzar dos piedras al agua. Los físicos llevan tiempo logrando esto con dos fotones, pero conseguir que cuatro partículas de luz se fusionen a la vez era difícil: las fuentes de fotones individuales perdían demasiadas partículas en el camino.

Los fotones entrelazados son como gemelos: cualquier acción sobre uno afecta instantáneamente al otro, aunque estén separados por kilómetros. Hasta hace poco, solo se podía observar esta conexión con detectores que contaban cada fotón individualmente en completa oscuridad. Los físicos simplificaron la tarea reemplazándolos por una cámara científica común.

La red cuántica funciona como una hilera de torniquetes que solo se abren para un par de fotones absolutamente sincronizados. El nodo central indica a qué torniquete acudir, pero no puede falsificar la sincronía. 200 usuarios pueden comunicarse entre sí a distancias de hasta 200 km, el tamaño de una gran ciudad.

La luz está compuesta de porciones: fotones. Max Planck fue el primero en comprender que la luz se emite en cuantos. Hoy en día, se pueden dirigir fotones individuales. Cuando un fotón así se encuentra con un obturador rápido, no se puede cortar, no existe el medio fotón.

Un fotón individual atraviesa dos rendijas y deja un patrón de interferencia en la pantalla. La mecánica cuántica describe este proceso con una función de onda, pero ¿qué ocurre con la partícula en sí?

Una regla hecha de luz: así podría llamarse el nuevo método para medir diminutos retardos temporales. En 1987, Chong Ki Hong, Zhe-Yu Ou y Leonard Mandel notaron que si dos fotones indistinguibles llegan simultáneamente a un divisor de haz, siempre salen juntos por el mismo puerto.

Una regla hecha de luz: así podría llamarse el nuevo método para medir diminutos retardos temporales. En 1987, Chong Ki Hong, Zhe-Yu Ou y Leonard Mandel notaron que si dos fotones indistinguibles llegan simultáneamente a un divisor de haz, siempre salen juntos por el mismo puerto.

Detectar un emisor cuántico individual es como afinar un piano de cola en un taller con máquinas rugientes: el tono puro se ahoga en el ruido. Pero el afinador no intenta gritar más que el estruendo: toma un diapasón y escucha los batidos. Así, incluso un eco apenas audible se vuelve evidente.

En el corazón silencioso del cosmos, donde las partículas se encuentran y se separan, surge un acto de pura armonía. Dos bosones de Higgs se unen y, por un breve instante, forman un todo único.

La emisión espontánea —ese mismo proceso que enciende lámparas y estrellas— ha sido considerada durante mucho tiempo en la física cuántica como un ruido molesto. Esta cacofonía de fotones aleatorios destruye sin piedad el frágil entrelazamiento cuántico, como el crujido de interferencias en una radio ahoga una melodía lejana.

En el corazón silencioso del cosmos, donde las partículas se encuentran y se separan, surge un acto de pura armonía. Dos bosones de Higgs se unen y, por un breve instante, forman un todo único.