luz comprimida

Al canario no se lo llevaba a la mina por su canto. El pájaro caía de la percha antes de que el minero notara el monóxido de carbono. En el vacío ultraalto, el papel del canario lo desempeña una nube de cien mil átomos de litio o rubidio.

El vacío cuántico no está vacío: está atravesado por entrelazamiento que conecta regiones distantes. Pero cuando los físicos intentaron calcular este entrelazamiento, resultaba infinito. La causa son partículas de energía muy baja que pueden extenderse por un volumen arbitrariamente grande. Son como olas a las que no se les han puesto orillas.

La onda luminosa nunca es perfectamente lisa: la agita continuamente un rizado cuántico. Estos tirones casi invisibles fueron estudiados por el premio Nobel Roy Glauber, quien sentó las bases de la óptica cuántica. Ahora los físicos han aprendido a congelar este rizado.

La luz o el sonido pueden encerrarse en una región diminuta de un cristal, como una perla en su concha. Normalmente se usan dos métodos. El primero se asemeja a una bola pesada en un hoyo: una partícula con gran masa simplemente no puede rodar hacia afuera. El segundo es una jaula perfecta de espejos, donde las ondas se cancelan mutuamente en todas partes excepto en la propia trampa.

Un láser no es solo luz. Si haces que una partícula oscile como un péndulo y esas oscilaciones se autoalimentan, obtienes un láser fonónico. Suena complicado, pero la idea es simple: en lugar de ondas de luz, el dispositivo emite ondas mecánicas regulares: fonones. En el nuevo trabajo, ese "péndulo" es un único ion de calcio atrapado en una trampa electromagnética.

Incluso en completo reposo, los átomos emiten un leve ruido: una inevitable vibración cuántica. En el debate entre Einstein y Bohr, este ruido, como un susurro incansable, difumina las franjas de interferencia de una rendija atómica. Superar ese límite se consideraba imposible.

Una mota de polvo levitando en una trampa láser es el péndulo ideal para medir la gravedad. Flota en el vacío sin tocar las paredes, y su movimiento depende solo de las fuerzas externas. En el nuevo trabajo se propone un sensor mejorado: un qubit mecánico "comprimido" basado en un oscilador no lineal.

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.

Un cristal plano de átomos cargados, suspendidos en una trampa electromagnética, funciona como un estanque perfectamente liso. El más mínimo soplo produce ondas en su superficie. Este «estanque» capta los chapoteos de partículas de materia oscura y ondas del espacio-tiempo: ondas gravitacionales de alta frecuencia.

En una habitación oscura parpadea una lámpara invisible. Su luz no se parece a la habitual: no tiene un brillo constante, solo ráfagas raras pero potentes. Esto es un vacío comprimido brillante: un estado de la luz en el que no hay una onda ordinaria, pero sí fuertes fluctuaciones cuánticas. Con esa luz, los físicos bombardearon átomos de xenón.

El láser de diamante convierte casi la mitad de la energía de bombeo en brillante luz amarilla, con una eficiencia del 47,7%, todo un récord para este tipo de dispositivos.

El mundo cuántico ama el orden, pero la realidad a menudo introduce desorden. En este trabajo, los físicos estudian cadenas unidimensionales de espines: pequeñas flechas magnéticas que pueden apuntar hacia arriba o hacia abajo.

Un imán plano es como una lámina delgada por la que corren ondas de magnetización. En condiciones normales, estas ondas se atenúan rápidamente, pero si se aplica un campo magnético intenso, aparece en el material una señal inesperada: nítida y estrecha, como la sombra de la onda principal.

Los físicos han encontrado leyes exactas que rigen cómo el entrelazamiento cuántico se mezcla en sistemas caóticos. En un modelo con empujones rítmicos — como un cocinero amasando masa —, estudiaron el crecimiento de la entropía de entrelazamiento, una medida del desorden cuántico.

Un rayo láser se parece a una cuerda tensa: incluso en el silencio total, vibra de forma casi imperceptible. Esa vibración es el ruido cuántico, y estorba a la hora de hacer mediciones ultraprecisas.

En el microcosmos siempre hay ruido. Incluso en el vacío absoluto algo tiembla, y estas fluctuaciones cuánticas interfieren con las mediciones precisas. Pero el ruido se puede «comprimir», como un globo inflable: si lo aprietas por los lados, un lado se adelgaza mientras el otro se hincha.

Un punto cuántico del tamaño de unos pocos miles de átomos parpadea como una bombilla defectuosa: a veces brilla intensamente, a veces casi se apaga. Antes se pensaba que en los momentos oscuros emitía no solo fotones individuales, sino también pares extra, lo cual es un defecto para la comunicación cuántica.

La luz en un microscopio no llega como un flujo uniforme, sino como perdigones de una bolsa: a veces más fotones, a veces menos. Ese vaivén aleatorio es el ruido de disparo. Y pone un límite: las señales débiles de objetos diminutos se hunden en esa ondulación. Los científicos han encontrado la manera de calmar esa lluvia.

La luz de una sola molécula es como una voz solitaria en un coro inmenso. Para escucharla no basta un micrófono, sino un instrumento delicado que capture cada fotón y registre el momento de su llegada.

La luz ordinaria es un flujo de fotones que viajan al azar: unos más, otros menos, y en ese caos se pierde la precisión de las mediciones. Los físicos han aprendido a "peinar" ese flujo creando luz comprimida, donde el ruido de una característica se reduce por debajo del vacío. Es como tensar una cuerda: sigue vibrando, pero ya no se tambalea.

Un sensor cuántico es como una línea telegráfica que transmite un mensaje hipersensible. La más mínima interferencia distorsiona la señal. Antes se creía que para una medición precisa se necesitaba un «telegrafista» sin errores: un sistema ideal de corrección de errores. Pero en la práctica, todos los elementos hacen ruido.

La agua tranquila de un lago: la más mínima ondulación desdibuja la profundidad. De igual manera, en los sensores cuánticos, el ruido —vibraciones aleatorias— genera entropía (desorden) y mata la precisión. Los físicos encontraron una salida: enredar el orden de los eventos.

La materia oscura constituye el 85% de la materia del Universo, pero permanece invisible. Solo se manifiesta a través de la gravedad. Se puede detectar por el "sonido" cósmico: una vibración tenue que impregna el espacio. Un detector solitario es impotente aquí: la señal es demasiado débil. Los físicos convierten muchos sensores en un conjunto cuántico.

La distribución de Wigner se asemeja a un mapa topográfico de probabilidades: colinas donde es más probable encontrar la partícula, y valles donde no debería estar. Durante mucho tiempo, estos «valles» negativos se consideraron una señal inequívoca de que el sistema se comporta de forma cuántica.