Físicos logran lo “imposible” al crear holograma cuántico

Hasta hace muy poco, la ciencia estaba convencida de que lograr esto era imposible. Y con justa razón, pues la existencia de este fenómeno contraría las leyes fundamentales de la física. Pero un grupo insistente de científicos de la Universidad de Varsovia, en Polonia, hizo lo imposible: crearon un holograma de una sola partícula de luz.

Este hito inaugura una nueva etapa para la holografía cuántica, que proporcionará a los científicos una manera diferente de presenciar los fenómenos cuánticos. Y es que la holografía, contrario a la técnica fotográfica utilizada hasta ahora, recrea la estructura espacial de los objetos, proporcionándonos sus formas en tres dimensiones. La técnica se aprovecha de algo conocido como interferencia clásica, el fenómeno que se produce cuando dos ondas se encuentran para producir una nueva.

Sin embargo, una interferencia clásica es imposible con fotones, dado que las fases de los fotones (una propiedad de las ondas) se encuentran en fluctuación constante. Así, el equipo en Varsovia buscó dar a los hologramas cuánticos una cucharada de su propia medicina: se valieron de la interferencia cuántica, en la que las funciones de onda de los fotones (ligadas a la probabilidad de que una partícula se encuentre en un estado particular) interactúan.

“La función de onda es un concepto fundamental en la mecánica cuántica y la base de su principio más importante, la ecuación de Schrödinger”, según publica el sitio Phys.org “En manos de un físico especialista, la función puede compararse a la arcilla en las manos de un escultor. Cuando se utiliza con habilidad, puede emplearse para “moldear” un sistema de partículas cuánticas”.

La importancia de los fotones.

Mientras registraban el comportamiento de fotones en pares, Radoslaw Chrapkiewicz y Michal Jachura, dos de los investigadores, notaron algo llamado interferencia de dos fotones. En este fenómeno, un par de fotones distinguibles actúan aleatoriamente al entrar en un divisor de haz (una rendija que divide un rayo de luz).

Pero los fotones no distinguibles presentan interferencia cuántica, lo que termina afectando su comportamiento. Los pares siempre son transmitidos o reflejados juntos.

“Tras este experimento, nos vimos inspirados a cuestionarnos si la interferencia cuántica de dos fotones podría ser usada de forma semejante a la interferencia clásica en la holografía, esto con el objetivo de emplear fotones de estado conocido para adquirir aún más información sobre fotones de estado desconocido”, declaró Chrapkiewicz.

“El análisis nos condujo a una conclusión sorprendente: descubrimos que cuando un par de fotones presenta interferencia cuántica, el curso de dicha interferencia depende de la forma de sus frentes de onda (una superficie imaginaria que une todos los puntos adyacentes con la misma fase)”.

Para comprender mejor la mecánica cuántica.

Este experimento tiene enormes implicaciones para nuestra comprensión de las leyes fundamentales de la mecánica cuántica, un área de la física que ha venido dejando perplejos a los científicos desde hace más de un siglo. A través de este descubrimiento los científicos obtienen información valiosa sobre la fase de función de onda de un fotón.

“Nuestro experimento es uno de los primeros que permite observar directamente dos parámetros fundamentales de la función de onda del fotón – su fase – acercándonos un poco más a comprender lo que realmente es la función de onda”, dice Jachura.

Los investigadores aplicarán este método para elaborar hologramas de objetos cuánticos complejos, mismos que podrían tener implicaciones más allá de la ciencia fundamental, alcanzando aplicaciones en el mundo real.

“Todos los físicos primero debemos poner nuestra mente en torno a esta nueva herramienta”, dice Konrad Banaszek, investigador del experimento. “Es posible que las aplicaciones reales de la holografía cuántica no aparezcan durante algunas décadas más, pero de lo que sí podemos estar seguros es de que serán sorprendentes”.

Estudio: «Hologram of a single photon«, Nature.