fibra óptica

Una línea de montaje en una fábrica escupe piezas de una en una por ciclo. Si el ciclo es corto y hay pocos defectos, la línea va rápida. En óptica cuántica, el papel de esa línea lo desempeña una fuente de fotones individuales: debe emitir exactamente un cuanto de luz por cada ciclo, y cuanto más frecuentes sean los ciclos, más fotones viajan por la fibra óptica.

Se coloca un corte de eucalipto de una décima de milímetro de grosor bajo un microscopio de polarización, y la madera de repente florece: franjas azules, amarillas y rosadas se enrollan en espirales, forman anillos y remolinos.

La luz que atraviesa un vaso de agua turbia se debilita: parte de ella se absorbe. Así funcionan muchos instrumentos para analizar líquidos: miden cuánta luz se ha perdido y, con ello, deducen la composición. Pero si el líquido no es homogéneo, como una sopa con tropezones, un solo número no basta: hay que saber dónde se absorbió más.

Los datos en internet viajan a la velocidad de la luz a través de fibra óptica. En las redes clásicas los retrasos no son críticos, pero para la comunicación cuántica se necesita una sincronización perfecta: las partículas de luz con la información codificada deben coincidir en el detector en un mismo…

La luz de una bombilla común parece completamente caótica: sus ondas oscilan de manera descoordinada, como una multitud en la que cada persona camina en una dirección distinta. A esa luz se la llama incoherente.

Una piedra cae en un estanque y se forman círculos en el agua. Si en su camino se encuentra una rama que sobresale, parte de la ondulación se refleja y parte la rodea. De manera similar se comportan las ondas gravitacionales —la ondulación del propio espacio-tiempo— cuando pasan cerca de cúmulos de galaxias o agujeros negros.

Bajo las calles de las ciudades se extiende una telaraña de fibra óptica: cientos de kilómetros de hilos de vidrio por los que viaja internet. Pero los mapas precisos de esa telaraña a menudo se han perdido o están desactualizados. Encontrar un cable bajo tierra es como buscar a tientas un cable en la pared sin saber por dónde pasa.

Dentro de un finísimo hilo de polímero se encuentran atrapados cristales microscópicos llamados centelladores. Cuando una partícula radiactiva invisible choca contra ellos, estos centellean por un instante, como luciérnagas. Un sensor sensible detecta cada destello, convirtiendo el hilo en un detector flexible.

Las computadoras cuánticas y los sensores funcionan a frecuencias de microondas, pero para transmitir sus señales a largas distancias es conveniente usar fibra óptica, donde se utiliza luz.

Los ordenadores cuánticos prometen resolver problemas que los convencionales no pueden abordar. Pero sus componentes, los bits cuánticos, son muy sensibles. Una variante de estos bits es el circuito oscilante, que puede estar en dos estados, como un péndulo que se balancea a la izquierda o a la derecha. Estos estados son los que almacenan la información.

Un destello láser de 50 femtosegundos es como un disparo que dura una milmillonésima de segundo. En ese tiempo, la luz recorre solo 15 micrómetros, menos que el grosor de un cabello humano. Pero si ese destello se hace pasar por un amplificador, empieza a estirarse como una goma elástica y pierde su nitidez.

Las fibras en compuestos, papel o tejidos biológicos suelen estar ocultas a la vista, pero su orientación determina la resistencia y las propiedades del material. Antes, para ver las direcciones de las fibras, había que tomar muchas imágenes desde ángulos distintos y reconstruir una imagen tridimensional, como si se cortara una barra de pan en rodajas finas.

La luz entra en una diminuta cavidad con paredes espejadas y alcanza un átomo de erbio escondido en un cristal. El átomo absorbe la luz y cambia su núcleo a otro estado, como un interruptor que se acciona con un clic. Pero este interruptor no es común: obedece las leyes del mundo cuántico y puede estar en dos posiciones a la vez.

Una fibra óptica común es como un hilo de vidrio por el que viaja la luz. Pero cuando se envían simultáneamente señales cuánticas débiles (fotones individuales) y una potente luz láser clásica, surge un problema. El vidrio dispersa ligeramente la luz, lo que se llama dispersión Raman.

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.

El dispositivo es del tamaño de un grano de arena: un diminuto espejo parabólico mantiene un solo átomo de rubidio y recoge el brillo que emite bajo el rayo láser. Las partículas de luz capturadas se envían a la fibra óptica; todo el montaje está calibrado y no se desajusta ni con vibraciones.

Dentro de un gran acelerador de partículas reina una lluvia invisible de rayos gamma, como si dejáramos una hebra de vidrio bajo una máquina de rayos X encendida durante años. La electrónica convencional falla rápidamente allí, y los datos del detector deben transmitirse al exterior de alguna manera.

La teoría de la gravedad de Einstein — la relatividad general — casi no se encuentra con la física cuántica en experimentos directos. Aquí los científicos construyeron sobre una mesa un laberinto de vidrio de 50 kilómetros y lanzaron fotones individuales.

Un torniquete solo permite el paso hacia adelante, nunca hacia atrás. Un principio similar fue implementado por físicos en un diminuto chip semiconductor para fotones individuales (partículas de luz).

La comunicación cuántica habitual se parece al correo postal que envía cartas una por una. Si el camino es largo, hay que esperar una eternidad para recibir respuesta. Los físicos aceleraron el proceso lanzando diez «camiones postales» —pulsos de luz— a la vez por una fibra óptica, pero en diferentes ventanas temporales.

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.

Un haz de luz visible entra en una nube de miles de millones de átomos de rubidio enfriados casi hasta el cero absoluto, y sale por el otro lado ya en el rango de telecomunicaciones.

En una habitación oscura, un resonador atrapa la luz como una telaraña atrapa gotas de rocío. El pulso láser irrumpe en su interior y la membrana mecánica comienza a vibrar al compás, dejando una huella en el propio tejido del sistema. Así nace la memoria: no en una celda de silicio, sino en la danza de fotones y fonones.