POR SU TRABAJO SOBRE OPTICA CUANTICA Y SU APLICACION AL PROCESAMIENTO DE INFORMACION RESPECTIVA, UNA DE LAS AREAS DE INVESTIGACION ESTRATEGICAS DEL SIGLO XXI, QUE PODRIA LLEVAR A UNA REVOLUCION EN LA INFORMATICA Y LAS TELECOMUNICACIONES, ALFRED U’REN CORTES, DEL INSTITUTO DE CIENCIAS NUCLEARES, OBTUVO –AL IGUAL QUE OTROS DOS CIENTIFICOS UNIVERSITARIOS– UNA DE LAS CATEDRAS DE INVESTIGACION MARCOS MOSHINSKY 2012, EN FISICA.
POR SU TRABAJO SOBRE OPTICA CUANTICA Y SU APLICACION AL PROCESAMIENTO DE INFORMACION RESPECTIVA, UNA DE LAS AREAS DE INVESTIGACION ESTRATEGICAS DEL SIGLO XXI, QUE PODRIA LLEVAR A UNA REVOLUCION EN LA INFORMATICA Y LAS TELECOMUNICACIONES, ALFRED U’REN CORTES, DEL INSTITUTO DE CIENCIAS NUCLEARES, OBTUVO –AL IGUAL QUE OTROS DOS CIENTIFICOS UNIVERSITARIOS– UNA DE LAS CATEDRAS DE INVESTIGACION MARCOS MOSHINSKY 2012, EN FISICA.
UN AREA DE INVESTIGACION DE PUNTA ES EL PROCESAMIENTO Y TRANSMISION DE INFORMACION CU NTICA, QUE EN UN FUTURO PROXIMO PERMITIR CONTAR CON COMPUTO CU NTICO, QUE OFRECE UNA CAPACIDAD DE PROCESAMIENTO MUCHO MAYOR, COMPARADA CON LAS VERSIONES CL SICAS QUE SE USAN EN LA ACTUALIDAD. TAMBI‚N IMPLICA EL DESARROLLO DE TECNOLOGIAS COMO COMUNICACION CU NTICA, CRIPTOGRAFIA CU NTICA (ENCRIPTACION DE INFORMACION), METROLOGIA CU NTICA (MEDICIONES MAS PRECISAS), Y VERSIONES CU NTICAS DE SISTEMAS PARA DIAGNOSTICO M‚DICO (TOMOGRAFIA DE MAYOR RESOLUCION). EN SU TESIS DOCTORAL, KARINA GARAY PALMETT, INVESTIGADORA POSDOCTORAL DEL INSTITUTO DE CIENCIAS NUCLEARES (ICN), TRABAJO EN EL DISENO DE FUENTES DE LUZ QUE SE NECESITAN PARA IMPLEMENTAR PROTOCOLOS DE PROCESAMIENTO DE INFORMACION CU NTICA. DENOMINADAS FUENTES DE LUZ NO-CL SICA, NO PUEDEN SER DESCRITAS POR LA MEC NICA CL SICA, DADO QUE EXHIBENN QUE SOLO PUEDEN EXPLICARSE A PARTIR DE LOS PRINCIPIOS DE LA MEC NICA CU NTICA. EL TRABAJO PROPIEDADES DE ENLAZAMIENTO ESPECTRAL DE PAREJAS DE FOTONES GENERADAS POR MEZCLADO DE CUATRO ONDAS ESPONT NEO EN FIBRA OPTICA, GANADOR DEL PREMIO WEIZMANN 2010 EN EL AREA DE CIENCIAS EXACTAS, QUE OTORGA LA ACADEMIA MEXICANA DE CIENCIAS Y LA ASOCIACION MEXICANA DE AMIGOS DEL INSTITUTO WEIZMANN DE CIENCIAS, FUE UN ESTUDIO TEORICO, PERO PENSADO EN EL EXPERIMENTO. A PARTIR DE SUS RESULTADOS, VARIOS GRUPOS DE INVESTIGACION EN EL MUNDO, EN UNIVERSIDADES PRESTIGIOSAS COMO OXFORD Y BRISTOL, Y EL INSTITUTO MAX PLANCK, YA HAN DESARROLLADO EXPERIMENTALMENTE ESTAS FUENTES EN SUS LABORATORIOS. ELLO SIGNIFICA QUE LA LABOR REALIZADA EN MEXICO SE HA PODIDO APLICAR EN DESTACADAS INSTITUCIONES INTERNACIONALES, Y ESTAMOS EN CAMINO DE SER PRECURSORES EN DIVERSOS ASPECTOS DEL AREA, LO QUE SERIA IMPORTANTE PARA LA ECONOMIA DEL PAIS, DIJO KARINA GARAY. AUNQUE, RECONOCIO, AUN SON POCOS LOS CIENTIFICOS MEXICANOS DEDICADOS A ESTE CAMPO, Y UN GRUPO SIGNIFICATIVO DE ELLOS EST EN LA UNAM. DE HECHO, EL LABORATORIO DE OPTICA CU NTICA DEL ICN YA CUENTA CON LA INFRAESTRUCTURA NECESARIA PARA EL DESARROLLO DE FUENTES DE LUZ NO-CL SICA, Y EST EN VIAS DE CONSOLIDARSE COMO UNO DE LOS MAS COMPLETOS DE LA NACION, LO QUE PERMITE GENERAR PUBLICACIONES EXPERIMENTALES COMPETITIVAS. KARINA GARAY, EGRESADA DEL POSGRADO EN APTICA DE INVESTIGACION CIENTIFICA Y DE EDUCACION SUPERIOR DE ENSENADA, BAJA CALIFORNIA, REITERO QUE LO RELATIVO A PROCESAMIENTO DE ESTE TIPO DE INFORMACION ES RELEVANTE POR EL AVANCE DE TECNOLOGIAS QUE SE TENDR N A LARGO PLAZO, POR EJEMPLO, COMPUTACION Y CRIPTOGRAFIA CU NTICA. EN EL INSTITUTO, EN EL GRUPO DE TRABAJO DIRIGIDO POR ALFRED U'REN -QUIEN CONTRIBUYO DE MANERA SIGNIFICATIVA EN LA TESIS POR LA QUE LA CIENTIFICA DE ORIGEN COLOMBIANO RECIBIO EL PREMIO-, KARINA GARAY CONTIN£A CON LA LINEA DE INVESTIGACION QUE INICIO EN EL DOCTORADO: ENCONTRAR LAS CONDICIONES FISICAS APROPIADAS PARA IMPLEMENTAR FUENTES DE LUZ NO-CL SICA, ESPECIFICAMENTE DE PAREJAS DE FOTONES, CON DE ENREDAMIENTO ACONDICIONADAS PARA SU APLICACION EN PROCESAMIENTO DE INFORMACION CU NTICA. PAREJAS DE FOTONES PUEDEN SER GENERADAS EN MEDIOS OPTICOS NO-LINEALES -CRISTALES O FIBRAS OPTICAS-, COMO RESULTADO DE LA INTERACCION LUZ-MATERIA. AL ILUMINAR EL MEDIO OPTICO CON UN HAZ DE LUZ DE INTENSIDAD SUFICIENTE PARA EXCITAR EFECTOS NO-LINEALES -UN L SER-, ALGUNOS DE LOS FOTONES DEL HAZ DE BOMBEO DECAEN ESPONT NEAMENTE EN UNA PAREJA DE FOTONES. COMO EL PROCESO DE GENERACION SE MANIFIESTA SIEMPRE QUE SE CUMPLAN LAS CONDICIONES DE CONSERVACION DE ENERGIA Y MOMENTO, LOS FOTONES DE UN PAR -COM£NMENTE DENOMINADOS SENAL Y ACOMPANANTE- NO SON INDEPENDIENTES, SINO QUE EN GENERAL EST N ENREDADOS, EXPLICO KARINA GARAY. ES EN LA PROPIEDAD DE ENREDAMIENTO CU NTICO DONDE SE BASAN LOS PROTOCOLOS DE INFORMACION CU NTICA. LOS FOTONES SENAL Y ACOMPANANTE COMPARTEN INFORMACION, AUNQUE SEAN ENVIADOS EN DIRECCIONES OPUESTAS Y A KILOMETROS DE DISTANCIA, Y CUALQUIER ALTERACION EN LAS DE UNO DE LOS DOS (POR EJEMPLO, EN EL FOTON SENAL) SE MANIFIESTA SIMULT NEAMENTE EN EL OTRO. AL HABLAR DEL PREMIO WEIZMANN 2010, EXPUSO QUE PRESENTO SU TRABAJO A INICIATIVA DE SU ASESOR DE DOCTORADO, RA£L RANGEL ROJO; PERO EN UN INICIO NO DIMENSIONO LA IMPORTANCIA QUE TENDRIA RECIBIR EL GALARDON. SOY COLOMBIANA Y NO FUE SINO HASTA LLEGAR A LA UNAM CUANDO TUVE UNA IDEA MAS CLARA DE LO QUE ES LA ACADEMIA MEXICANA DE CIENCIAS, INSTITUCION DEL MAS ALTO NIVEL. RECIBIR LA DISTINCION ES IMPORTANTE PARA MI CARRERA, ES UN RECONOCIMIENTO A MUCHOS ESFUERZOS LABORALES Y PERSONALES, A LA CALIDAD DE MI TRABAJO. ADEMAS, REPRESENTA UNA SATISFACCION PERSONAL. ME SIENTO MUY CONTENTA, CONCLUYO.
En este trabajo de tesis se apunta a desarrollar herramientas que posibiliten la descripción de sistemas físicos de interés en información cuántica. El marco teórico de las investigaciones está dado por la teoría de la información, la mecánica cuántica y la geometría diferencial. Las investigaciones propuestas están principalmente vinculadas al interés en la naturaleza de los objetos y procesos coherentes en física, en particular focalizado en la noción de coherencia cuántica. La coherencia cuántica en sistema de muchos cuerpos representa la esencia del entrelazamiento y es un ingrediente indispensable para una multitud de fenómenos físicos en óptica cuántica, información cuántica, física de estado sólido y termodinámica a bajas temperaturas. Los estados entrelazados y el fenómeno de coherencia juegan un rol central en las ciencias de la información cuántica, cuyo desarrollo en los últimos años ha alcanzado gran relevancia a nivel global y constituye uno de los temas prioritarios de estudio en centros de investigación destacados de todo el mundo. En escenarios realistas, tales como sistemas cuánticos abiertos, la coherencia es afectada por el ruido ambiente, de acuerdo al fenómeno de decoherencia; la descripción de procesos físicos de decoherencia es un área de estudio muy activa. Para el estudio de procesos coherentes en sistemas cuánticos resulta fundamental contar con medidas apropiadas que permitan cuantificar el grado de coherencia. Se han establecido algunas propiedades que tales medidas deberían satisfacer, notando que la caracterización cuantitativa de coherencia necesita aún atención y un análisis más exhaustivo y amplio. Los objetivos específicos son explorar cuantificadores alternativos de coherencia utilizando medidas de información, lograr caracterizarla en el marco de la teoría de recursos mediante la propiedad de mayorización y avanzar sobre formulaciones geométricas y entrópicas del principio de incerteza desarrolladas por el grupo, estudiando su conexión con la coherencia cuántica.
SEGUNDA PARTE DE LA COLABORACION DE DANIEL SUDARSKY, DEL INSTITUTO DE CIENCIAS NUCLEARES. AQUI REFLEXIONA SOBRE LA MEC NICA CU NTICA. SENALA QUE LA OTRA REVOLUCION EN LA FISICA HA DEJADO UN CAMPO DE ESTUDIO PARA EL PRESENTE SIGLO CORRESPONDIENTE A LA MEC NICA CU NTICA. A ESTA -DICE- SE LE SUELE IDENTIFICAR CON EL FAMOSO PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISEMBERG, QUE, GROSSO MODO, SE EXPLICA INDICANDO QUE HAY UNA IMPOSIBILIDAD DE CONOCER SIMULT NEAMENTE LA POSICION Y VELOCIDAD DE UNA PARTICULA SUBATOMICA. TAMBIEN SE LA SUELE IDENTIFICAR -ANADE- CON LA NOCION DE QUE ES IMPORTANTE HACER PREDICCIONES EXACTAS ACERCA DEL RESULTADO DE EXPERIMENTOS Y QUE LAS UNICAS PREDICCIONES POSIBLES SON DE CAR CTER ESTADISTICO. SI BIEN TODO ESTO ES CIERTO, EN REALIDAD NO LE HACE JUSTICIA AL CAMBIO PROFUNDO QUE IMPLICA LA MEC NICA CU NTICA PARA NUESTRA CONCEPCION DEL MUNDO: EL ASPECTO M S NOTABLE DEL CAMBIO CONCEPTUAL QUE NOS OFRECE LA MEC NICA CU NTICA ES OBLIGARNOS A RECONOCER QUE CIERTOS ATRIBUTOS DE LOS OBJETOS NO SON INTRINSECOS SINO RELACIONALES. POR EJEMPLO -EXPLICA EL INVESTIGADOR-, AL HABLAR DE UNA PERSONA SOLEMOS CONSIDERAR EVIDENTE QUE CIERTOS ATRIBUTOS DE ELLA, COMO SU PESO, ALTURA, O EL LUGAR DONDE VIVE SON CLARAMENTE INTRINSECOS, EN EL SENTIDO DE QUE DICHOS ATRIBUTOS SON (EN UN MOMENTO DADO) ATRIBUTOS QUE SE REFIEREN A LA PERSONA EN SI Y NO A OTRAS QUE LA DESCRIBEN O INTERACTUAN CON ELLA. POR OTRO LADO, SU SIMPATIA, BELLEZA, AMABILIDAD, ETCETERA, SON ATRIBUTOS DE LA RELACION DE LA PERSONA CON OTRAS QUE, EN GENERAL, PUEDEN DIFERIR RADICALMENTE EL GRADO DE APLICABILIDAD DE ESTOS ADJETIVOS A UNA PERSONA DETERMINADA. TODO ESTO ES EVIDENTE, PERO EN LA FISICA LOS ATRIBUTOS DE UN OBJETO, COMO POR EJEMPLO UNA PARTICULA, NO DEBIAN -SEGUN LAS CONCEPCIONES CL SICAS, DICE EL INVESTIGADOR- TENER NINGUNA DE ESTAS COMPLICACIONES: LA POSICION O VELOCIDAD DE UNA PARTICULA EN UN MOMENTO DADO (SEGUN UN SISTEMA DE REFERENCIA PARTICULAR) ERAN ATRIBUTOS INTRINSECOS DE LA MISMA. PUDIERA SER QUE UNO NO SUPIERA CU L ES EL VALOR DE ESTOS EN ESE INSTANTE, PERO EN LA FISICA PRECU NTICA LA PARTICULA POSEIA UN VALOR DETERMINADO DE ESTOS EN CADA MOMENTO. LO QUE HACE LA CU NTICA ES RECHAZAR ESTA NOCION. EN GENERAL UNA PARTICULA NO TIENE NI POSICION NI VELOCIDAD ALGUNA. ES SOLO CUANDO PROCEDEMOS A MEDIR QUE LA PARTICULA ADQUIERE, EN ESE INSTANTE, DICHOS ATRIBUTOS. DE HECHO, EN EL CASO DE LOS DOS ATRIBUTOS MENCIONADOS: POSICION Y VELOCIDAD, ES IMPOSIBLE PARA LA PARTICULA ADQUIRIRLOS SIMULT NEAMENTE! POR ENDE, UNA PARTICULA NUNCA TIENE UNA TRAYECTORIA! DE HECHO LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES SE EXPLICAN HACIENDO USO DE UN AN LISIS SEGUN EL CUAL UNA PARTICULA QUE EN DOS INSTANTES TIENE UNA POSICION DETERMINADA, VIAJA DE UNA POSICION A LA OTRA A TRAVES DE TODAS LAS TRAYECTORIAS POSIBLES SIMULT NEAMENTE. LA REALIDAD ES MUY DIFERENTE DE LO QUE SOSPECHABA, ASEVERA SUDARSKY. SEGUN LA MEC NICA CU NTICA, LO QUE DESCRIBE UNA SITUACION FISICA DETERMINADA ES UN OBJETO DENOMINADO FUNCION DE ONDA, QUE CONTIENE INFORMACION SOBRE LAS PROBABILIDADES DE QUE, EN CASO DE UNA EVENTUAL MEDIDA DE TAL O CUAL CANTIDAD FISICA, DA LUGAR A UN RESULTADO PARTICULAR. POR EJEMPLO, EN EL CASO DE UNA PARTICULA LA FUNCION DE ONDA NOS DICE CU LES SON LAS PROBABILIDADES DE QUE LA MEDIDA DE SU POSICION RESULTE EN UN VALOR DETERMINADO PARA CADA UNO DE LOS POSIBLES VALORES, SI ES QUE OPT RAMOS POR DETERMINAR SU POSICION. ALTERNATIVAMENTE NOS DICE CU LES SON LAS PROBABILIDADES SI SE OPTARA POR MEDIR LA VELOCIDAD. ESTO TIENE COMO CONSECUENCIA INMEDIATA -AFIRMA- LA DESAPARICION DEL DETERMINISMO FUNDAMENTAL: LA FISICA, AUN EN EL CASO DE LOS OBJETOS M S SIMPLES, NO PUEDE DETERMINAR EN GENERAL EL RESULTADO PRECISO DE UN EXPERIMENTO. PUEDE SIN EMBARGO HACER PREDICCIONES ESTADISTICAS, CUYOS RESULTADOS SON LOS PREVISTOS POR LA MEC NICA CU NTICA. DE HECHO LA COSA EMPEORA CUANDO PASAMOS A SISTEMAS DE M S DE UNA PARTICULA, PUESTO QUE EN ESOS CASOS, GENERALMENTE, CADA PARTICULA NO TIENE FUNCION DE ONDA PROPIA, SINO QUE UNICAMENTE EXISTE UNA FUNCION DE ONDA PARA EL COLECTIVO. SE DAN ENTONCES SITUACIONES EN QUE LAS PROBABILIDADES DE QUE ESTA PARTICULA TENGA ESTA O AQUELLA POSICION DEPENDE DEL RESULTADO DE LA MEDIDA DE ALGUN ATRIBUTO DE OTRA U OTRAS PARTICULAS. EN ESTA SITUACION VEMOS UN EJEMPLO NOTABLE DE LA DESAPARICION DEL REDUCCIONISMO SIMPLISTA AL QUE NOS HABIAMOS ACOSTUMBRADO EN LA FISICA CL SICA, EN LA QUE PARA DESCRIBIR ALGUNA SITUACION FISICA SE PROCEDIA A DIVIDIR EL SISTEMA EN SUS PARTES CONSTITUYENTES Y SE PROCEDIA A DESCRIBIR MINUCIOSAMENTE CADA UNA DE LAS PARTES, DE LO CUAL, SE ENTENDIA, SE DESPRENDIA LA DESCRIPCION DEL SISTEMA EN SU TOTALIDAD. LA MEC NICA CU NTICA NOS ENSENA QUE ESTO NO ES POSIBLE EN GENERAL, APUNTA. Y AGREGA: ¨QUE QUEDA POR HACER? BUENO EN REALIDAD QUEDA MUCHO. EL PROBLEMA M S APREMIANTE RADICA EN QUE NO TENEMOS HASTA AHORA UNA MANERA DE HACER COMPATIBLES
En un principio, la Teoría de la Información fue concebida en forma abstracta, en base a una formulación matemática. Sin embargo, la habilidad y eficiencia para procesar o transmitir información dependerá en última instancia del sistema físico elegido para codificar esa información. Es así que, al codificar la información en las propiedades físicas de sistemas cuyo comportamiento se describe por las leyes de la mecánica cuántica, se abren nuevas posibilidades que son irrealizables clásicamente. Entre ellas, la posibilidad de generar algoritmos cuánticos para ciertos cálculos que requieren un número de pasos significativamente menor que cualquier algoritmo clásico, reduciendo su complejidad. Entre las características fundamentales de la mecánica cuántica que posibilitan estos desarrollos, sobresalen el principio de superposición y el entrelazamiento cuántico. Una de las implementaciones más accesibles para la comunicación cuántica y el procesamiento cuántico de la información emplea fotones individuales como portadores de la información. Estos pueden viajar entre dos estaciones distantes siendo poco afectados por el ruido que introduce el entorno. Además, poseen varios grados de libertad en los cuales es posible codificar la información y pueden manipularse con un alto grado de control utilizando tecnología estándar. En este trabajo se describen algunas aplicaciones de la implementación fotónica, realizadas en colaboración con el Laboratorio de Procesado de Imágenes (LPI) del Depto. de Física de la UBA. En primer lugar, se describe la determinación experimental de medidas de correlaciones cuánticas en estados no puros de un par de fotones correlacionados en polarización, mediante técnicas de tomografía de estados cuánticos. Luego se describe la utilización de moduladores espaciales de luz programables para entrelazar la polarización con grados de libertad espaciales, y así poder simular los denominados estados historia de evoluciones temporales cuánticas. Se muestra que este último proveeun esquema eficientepara el cálculo de promedios temporales de observables del sistema.