filtro óptico

Un corte fino de eucalipto yace bajo el objetivo del microscopio, y la luz blanca, tras atravesar dos filtros polarizadores, convierte la madera en un mosaico de manchas púrpuras, amarillas y azules. Estos colores no son aleatorios: como letras en un mapa, indican hacia dónde apuntan los hilos de celulosa, invisibles al ojo, dentro de las paredes celulares.

La luz que pasa junto a una estructura diminuta cambia de dirección. Si la estructura es más pequeña que la longitud de onda de la luz, actúa como una lente y concentra la luz en un punto más pequeño que la propia onda.

La luz en una fibra óptica se parece a un arroyo: fluye dentro del hilo de vidrio y no se derrama hacia afuera. Un hilo grueso deja pasar muchos arroyos a la vez; uno delgado, solo uno. Los astrónomos a menudo necesitan verter la luz de un hilo grueso en varios delgados para descomponerla en colores.

Un fotón individual es como un ladrillo perfectamente liso con el que se pueden construir tecnologías cuánticas. Pero para construir una casa, se necesitan miles de ladrillos idénticos. Los átomos de rubidio son emisores natos: cada átomo emite fotones de una sola longitud de onda, como un diapasón que siempre da la misma nota.

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.

La cámara de un teléfono inteligente capta la luz con diminutos sensores, pero por sí solos no distinguen los colores. Por eso se colocan filtros de color delante de ellos: rojo, verde, azul, como vidrieras en una ventana. Cada sensor ve solo su color, y luego un programa ensambla la imagen completa a partir de esas piezas.

La luz de una estrella, al atravesar la atmósfera y la óptica del telescopio, tiembla como los reflejos del sol en el agua. En esa ondulación se esconden los planetas: débiles destellos junto a una luz deslumbrante. Para verlos, hay que congelar la ondulación: hacer que la luz sea uniforme, como un cristal.

Los materiales orgánicos emisores de luz se parecen a un cruce concurrido sin semáforo. Las moléculas reciben energía, pero en lugar de devolverla honestamente en forma de luz, a menudo se desvían hacia callejones sin salida: forman pares oscuros (exciplexos, complejos de corta vida sin emisión) o chocan entre sí, perdiendo carga.

En pos de las ondas gravitacionales — ondulaciones del espacio-tiempo dejadas por agujeros negros y estrellas de neutrones — detectores como LIGO bombean sus brazos con luz de una potencia cegadora.

Un telescopio solar se parece a un ojo que intenta distinguir a una hormiga a través de una sopa hirviendo. El cielo diurno deslumbra, el aire tiembla y la imagen se desdibuja. Para congelarla se necesita óptica adaptativa: un sistema que adivina las distorsiones y las corrige cientos de veces por segundo.

Toda medición de luz se enfrenta a una limitación fundamental: los fotones llegan al sensor de la cámara de forma desigual. Esta ondulación natural (ruido de disparo) difumina los detalles finos, como si intentaras escuchar un instrumento suave en una orquesta a través del ruido de la sala.

Dos músicos en habitaciones diferentes tocan la misma nota. El sonido debe ser tan idéntico que el oyente no pueda distinguir quién toca. En el mundo cuántico, el papel de esos músicos lo desempeñan las fuentes de fotones individuales: partículas de luz que deben ser indistinguibles entre sí.

Una pinza óptica es un haz láser que mantiene un átomo en un punto, como los dedos sostienen un guisante. Con estas pinzas se construyen redes enteras de átomos, la base de las futuras computadoras cuánticas. Pero hay un problema: no en cada pinza cae un átomo.

Un conjunto de antenas convencional se parece a un coro: muchas voces cantan al unísono y el sonido se amplifica solo en una dirección. Para captar la señal desde otro lado, hay que reorganizar todo el coro. Ahora imagina que una sola voz pudiera cambiar su timbre de modo que el sonido se concentrara por sí solo en la dirección deseada.

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.

La luz puede transportar información más rápido que cualquier electrónica. Pero normalmente, entre el ordenador y el láser se encuentra un convertidor digital-analógico, un dispositivo que convierte los ceros y unos en señales eléctricas. Es precisamente lo que frena todo el proceso. El nuevo transmisor prescinde de este intermediario.

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.

El receptor no capta ondas de radio, sino luz submilimétrica: lo que emiten las nubes frías de gas y polvo en galaxias lejanas. En su interior hay una rejilla de diminutos resonadores, cada uno sintonizado a su propia frecuencia, como las cuerdas de un piano a las notas.

Un cocinero prueba la sopa después de cada pizca de sal y decide al instante qué añadir a continuación. Algo así hace la nueva instalación para cultivar películas cristalinas delgadas. Solo que en lugar del sabor, lo que se observa es la imagen de un microscopio electrónico, y en lugar del cocinero, actúa un programa informático.

La luz que atraviesa las ondulaciones de la superficie del agua dibuja patrones danzantes en el fondo de una piscina. Los ingenieros han utilizado una idea similar para hacer que la luz calcule. Han fabricado una diminuta placa con un relieve ondulado: cada saliente y cada depresión desvían los rayos de manera distinta.

Un rayo láser incide sobre la piel y los tejidos responden con un eco ultrasónico apenas audible. Gracias a ese eco, los médicos pueden ver vasos sanguíneos y tumores sin hacer incisiones. Pero antes de que la imagen aparezca en la pantalla, hay que limpiar la señal del ruido, como un cocinero que retira la espuma del caldo para que quede transparente.

La luz que viaja a través de una fibra óptica se asemeja a un corredor en un pasillo estrecho: puede correr en línea recta o zigzaguear de un lado a otro. La dirección de esas 'zigzagueadas' es la polarización.

La luz, al atravesar una célula teñida, pierde parte de su intensidad, como el haz de una linterna que se abre paso a través de un vaso de té. Cuanto más denso es el color, más luz se absorbe. Pero hasta ahora el microscopio solo mostraba una sombra plana de este proceso, no su volumen.

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.

Un láser de fibra con retroalimentación aleatoria es un hilo delgado de vidrio por el que viaja la luz, pero que no se refleja en espejos, sino en las mínimas irregularidades de la propia fibra. Este láser no emite un haz uniforme: su luz tiembla y parpadea como la llama de una vela con corriente de aire.

Un ordenador cuántico se parece a una orquesta que solo toca en silencio absoluto. El más mínimo ruido y la frágil melodía se desmorona. Para los dispositivos cuánticos, ese ruido es el calor: incluso la débil radiación infrarroja de los componentes cercanos calienta los cúbits y borra sus estados cuánticos.

La luz que viaja por una fibra óptica se parece a una multitud en un pasillo estrecho: cada fotón sigue su propio camino, y si los caminos se mezclan, a la salida hay un caos.

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.

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.

La luz es una invitada caprichosa. Entra en el resonador, pero no se queda: parte del pulso se refleja inevitablemente y se lleva consigo información cuántica. Los esquemas clásicos de captura de una sola pasada chocan con este límite, por mucho que se mejore el control.

El haz de una linterna, al pasar por una rendija estrecha, no se mantiene como una línea fina, sino que se dispersa hacia los lados. La luz tiende a rodear los bordes de los obstáculos, y por eso el punto de luz más pequeño que se puede obtener con una lente ordinaria no puede ser menor que media longitud de onda.