FISICOS DEL INSTITUTO DE CIENCIAS NUCLEARES (ICN) Y DEL GRUPO DE FOTONICA CUANTICA DE LA LOUISIANA STATE UNIVERSITY (LSU) DESARROLLARON UNA TECNOLOGIA CUANTICA PARA IDENTIFICAR FUENTES DE LUZ USANDO INTELIGENCIA ARTIFICIAL. PARA DISTINGUIR LUZ LASER (QUE ES DIRIGIDA DIRECTA E INTENSAMENTE A UN OBJETO MEDIANTE ESA FUENTE) DE LUZ AMBIENTAL (LA QUE ESTA ALREDEDOR Y QUE LOS FISICOS LLAMAN TERMAL Y CONSIDERAN RUIDO), LOS CIENTIFICOS UTILIZAN REDES NEURONALES QUE AUTOAPRENDEN A RECONOCER AMBAS EMISIONES DE LUZ, DE LA MISMA FORMA EN QUE NOSOTROS DIFERENCIAMOS A UN PINO DE UN ENCINO, AUNQUE AMBOS SEAN ARBOLES, EXPLICO ROBERTO LEON MONTIEL, DEL ICN. ESAS REDES NEURONALES SON UN DESARROLLO DE INTELIGENCIA ARTIFICIAL QUE EMPLEA LA FISICA CUANTICA PARA ACELERAR LOS PROCESOS A CENTESIMAS DE SEGUNDO, CON UNA ALTA EFICIENCIA. LA INVESTIGACION FUE PUBLICADA EN “ APPLIED PHYSICS REVIEWS” , LA CUAL CONSIDERO AL ARTICULO FEATURED ARTICLE POR SU INNOVACION Y APLICACION. LA INSPIRACION DEL PROYECTO ES LA DETECCION CON LUZ LASER, REVELO ROBERTO LEON. LA DETECCION E IDENTIFICACION DE LOS DIFERENTES TIPOS DE FUENTES DE LUZ QUE NOS RODEA HA DESEMPENADO UN PAPEL SIGNIFICATIVO EN EL AVANCE DE TECNOLOGIAS FOTONICAS IMPORTANTES, COMO LA DETECCION Y ALCANCE DE LA LUZ (LIDAR, POR SUS SIGLAS EN INGLES), EL SENSADO REMOTO Y LA MICROSCOPIA. “LA TECNOLOGIA LIDAR, QUE ES COMO EL RADAR, PERO CON LASER EN LUGAR DE ONDAS DE RADIO, ES EL POSICIONAMIENTO DE OBJETOS. PUEDE SER APLICADA PARA LA DETECCION DE AVIONES, MISILES O COHETES”, ABUNDO LEON MONTIEL. UNO DE SUS PROBLEMAS ES QUE CUANDO SE ENVIA EL LASER AL OBJETO Y SE DETECTA ESA LUZ A TRAVES DE UNA CAMARA O UN DETECTOR, TAMBIEN SE CAPTA OTRA LUZ (LA AMBIENTAL), QUE ES EXTERNA AL OBJETO. LA FORMA EN QUE LLEGAN ESAS PARTICULAS DE AMBAS EMISIONES DE LUZ ES DISTINTA. LOS EXPERTOS QUERIAN UNA TECNOLOGIA QUE PUDIERA HACER LA DIFERENCIACION MUY RAPIDO. UNA FORMA DE HACERLO NECESITABA UN MILLON DE MEDICIONES, QUE LES LLEVABA UN SEGUNDO HACERLAS, PERO PARA UN AVION O UN MISIL ES MUCHO TIEMPO, APUNTO. “Y PASAMOS DE UN SEGUNDO A CIEN MICROSEGUNDOS CON LA TECNOLOGIA CUANTICA”, SENALO. EN SU TRABAJO, ROBERTO LEON Y OMAR MAGANA LOAIZA, LIDER DEL GRUPO DE FOTONICA CUANTICA DE LA LSU, CREARON UNA TECNOLOGIA CUANTICA INTELIGENTE QUE REDUCE DRAMATICAMENTE EL NUMERO DE MEDICIONES INDISPENSABLES PARA LA CORRECTA IDENTIFICACION DE FUENTES DE LUZ.
FISICOS DEL INSTITUTO DE CIENCIAS NUCLEARES (ICN) Y DEL GRUPO DE FOTONICA CUANTICA DE LA LOUISIANA STATE UNIVERSITY (LSU) DESARROLLARON UNA TECNOLOGIA CUANTICA PARA IDENTIFICAR FUENTES DE LUZ USANDO INTELIGENCIA ARTIFICIAL. PARA DISTINGUIR LUZ LASER (QUE ES DIRIGIDA DIRECTA E INTENSAMENTE A UN OBJETO MEDIANTE ESA FUENTE) DE LUZ AMBIENTAL (LA QUE ESTA ALREDEDOR Y QUE LOS FISICOS LLAMAN TERMAL Y CONSIDERAN RUIDO), LOS CIENTIFICOS UTILIZAN REDES NEURONALES QUE AUTOAPRENDEN A RECONOCER AMBAS EMISIONES DE LUZ, DE LA MISMA FORMA EN QUE NOSOTROS DIFERENCIAMOS A UN PINO DE UN ENCINO, AUNQUE AMBOS SEAN ARBOLES, EXPLICO ROBERTO LEON MONTIEL, DEL ICN. ESAS REDES NEURONALES SON UN DESARROLLO DE INTELIGENCIA ARTIFICIAL QUE EMPLEA LA FISICA CUANTICA PARA ACELERAR LOS PROCESOS A CENTESIMAS DE SEGUNDO, CON UNA ALTA EFICIENCIA. LA INVESTIGACION FUE PUBLICADA EN “ APPLIED PHYSICS REVIEWS” , LA CUAL CONSIDERO AL ARTICULO FEATURED ARTICLE POR SU INNOVACION Y APLICACION. LA INSPIRACION DEL PROYECTO ES LA DETECCION CON LUZ LASER, REVELO ROBERTO LEON. LA DETECCION E IDENTIFICACION DE LOS DIFERENTES TIPOS DE FUENTES DE LUZ QUE NOS RODEA HA DESEMPENADO UN PAPEL SIGNIFICATIVO EN EL AVANCE DE TECNOLOGIAS FOTONICAS IMPORTANTES, COMO LA DETECCION Y ALCANCE DE LA LUZ (LIDAR, POR SUS SIGLAS EN INGLES), EL SENSADO REMOTO Y LA MICROSCOPIA. “LA TECNOLOGIA LIDAR, QUE ES COMO EL RADAR, PERO CON LASER EN LUGAR DE ONDAS DE RADIO, ES EL POSICIONAMIENTO DE OBJETOS. PUEDE SER APLICADA PARA LA DETECCION DE AVIONES, MISILES O COHETES”, ABUNDO LEON MONTIEL. UNO DE SUS PROBLEMAS ES QUE CUANDO SE ENVIA EL LASER AL OBJETO Y SE DETECTA ESA LUZ A TRAVES DE UNA CAMARA O UN DETECTOR, TAMBIEN SE CAPTA OTRA LUZ (LA AMBIENTAL), QUE ES EXTERNA AL OBJETO. LA FORMA EN QUE LLEGAN ESAS PARTICULAS DE AMBAS EMISIONES DE LUZ ES DISTINTA. LOS EXPERTOS QUERIAN UNA TECNOLOGIA QUE PUDIERA HACER LA DIFERENCIACION MUY RAPIDO. UNA FORMA DE HACERLO NECESITABA UN MILLON DE MEDICIONES, QUE LES LLEVABA UN SEGUNDO HACERLAS, PERO PARA UN AVION O UN MISIL ES MUCHO TIEMPO, APUNTO. “Y PASAMOS DE UN SEGUNDO A CIEN MICROSEGUNDOS CON LA TECNOLOGIA CUANTICA”, SENALO. EN SU TRABAJO, ROBERTO LEON Y OMAR MAGANA LOAIZA, LIDER DEL GRUPO DE FOTONICA CUANTICA DE LA LSU, CREARON UNA TECNOLOGIA CUANTICA INTELIGENTE QUE REDUCE DRAMATICAMENTE EL NUMERO DE MEDICIONES INDISPENSABLES PARA LA CORRECTA IDENTIFICACION DE FUENTES DE LUZ.
LA LUZ ES UN FENOMENO COMPLEJO CUYA NATURALEZA SE HA EXPLICADO GRACIAS A LA CURIOSIDAD CIENTIFICA, AFIRMO LUIS FERNANDO DE LA PENA, INVESTIGADOR EMERITO DEL INSTITUTO DE FISICA, PROFESOR DE LA FACULTAD DE CIENCIAS Y DOCTOR HONORIS CAUSA POR LA UNAM. EN LA CONFERENCIA ?COMO ENTENDER LA NATURALEZA DE LA LUZ?, OFRECIDA EN EL AUDITORIO ALBERTO BARAJAS DE LA FACULTAD DE CIENCIAS A PROPOSITO DEL OTORGAMIENTO DE SU NUEVO GRADO ACADEMICO, DESTACO QUE ESA FORMA DE RADIACION SE PROPAGA EN FORMA DE ONDAS, PERO ES A LA VEZ UNA PARTICULA FORMADA POR FOTONES. LA LUZ QUE LOS HUMANOS VEMOS CON NUESTROS OJOS Y NOS AYUDA A RELACIONARNOS CON LO QUE NOS RODEA SE LLAMA LUZ VISIBLE, PERO ES UNA PEQUENA PARTE DEL ESPECTRO ELECTROMAGNETICO, UN ABANICO MAS GRANDE QUE EN UN EXTREMO TIENE A LOS RAYOS GAMMA (LOS MAS PODEROSOS DEL UNIVERSO) Y LOS X (QUE INCLUSO ATRAVIESAN NUESTRO CUERPO EN LAS RADIOGRAFIAS), MIENTRAS EN EL OTRO INCLUYE A LAS ONDAS DE RADIO Y LAS MICROONDAS, DE MUY BAJA ENERGIA. EN MEDIO, A AMBOS LADOS DEL DELGADO ESPECTRO VISIBLE, SE UBICAN LA LUZ INFRARROJA (QUE DETECTA CALOR) Y LA ULTRAVIOLETA, CON UNA LONGITUD DE ONDA MAS CORTA QUE LA VISIBLE. “EL MUNDO TIENE MUCHAS COSAS QUE NO VEMOS, LOS COLORES SON UNA TRADUCCION DE NUESTRO CEREBRO”, ABUNDO DE LA PENA. EXPLICO QUE VIAJA EN EL VACIO, AUNQUE LOS ANTIGUOS CIENTIFICOS CREIAN QUE SE DIFUNDIA EN EL ETER , UN CONCEPTO YA SUPERADO QUE SE REFERIA A LO ETEREO. EN SU EXPOSICION, EN LA QUE ESTUVO ACOMPANADO POR ROSAURA RUIZ GUTIERREZ Y MANUEL TORRES LABANSAT, DIRECTORES DE LA FACULTAD DE CIENCIAS Y EL INSTITUTO DE FISICA, RESPECTIVAMENTE, EL FISICO HIZO UN RECORRIDO POR DIVERSOS ESTUDIOSOS SOBRE EL TEMA A LO LARGO DE LOS SIGLOS.
El estudio de la interaccion luz materia con conjuntos atomicos es un area de investigacion activa. Este tipo de sistema permite fundamental estudios sobre la medicion en el contexto de las variables continuas, en entrelazamiento colectiva y en las simulaciones cuanticas. Este campo de la investigacion tambien es interesante en el contexto de la metrologia cuantica, comunicacion cuantica y la computacion cuantica. En esta tesis dos aspectos complementarios de la interaccion luz materia con conjuntos atomicos han sido estudiados con iones atrapados y atomos neutros frios. El experimento de iones atrapados pretende evaluar la posibilidad de utilizar grandes nubes de iones para la realizacion de una memoria cuantica con largo tiempo de coherencia. En vez de que el experimento de atomos frios se centro en el uso de medidas de no demolicion cuantica para evaluar estados no gaussianos. Este experimento es parecido a los experimentos de comunicacion cuantica que se desarrollan actualmente. Los iones atrapados enfriados por laser pueden llegar a una fase cristalina debido a la fuerte repulsion de Coulomb entre los iones. En esta fase, las relativas posiciones entre los iones se fijan de manera a evitar las colisiones y los iones que exploran inhomogeneidades del campo magnetico que puede ser una fuente de perdida de coherencia. Con bajo numero de iones, largos tiempos de coherencia han sido demostrados. Con iones numerosos, el mecanismo de captura puede inducir un calentamiento de la nube de iones, haciendo asi mas dificil de obtener el regimen cristalizado. Durante esta tesis, los cristales de Coulomb grandes que contiene mas de 106 iones se han obtenidos y la prueba de la transparencia inducida electromagneticamente en tal sistema ha sido obtenida. Este estudio tambien revelo las limitaciones de este tipo de sistemas que tienen que ser estudiado mas a fondo para obtener una fuerte probabilidad de interaccion con conjuntos de iones frios en un regimen permitiendo largos tiempos de coherencia. Los sistemas de atomos neutros permiten fuertes probabilidades de acoplamiento luz materia, pero generalmente reduce los tiempos de coherencia. Memorias cuanticas, el entrelazamiento entre atomos y la luz, magnetometria de alta precision han sido demostrados en experimentos relacionados con vapores atomicos neutros. El sistema utilizado en esta tesis se ha disenado para permitir que la probabilidad de acoplamiento luz materia sea importante, con pulsos de luz polarizada, lo que permite medir con precision el estado de espin del sistema atomico sin destruccion y con bajo ruido. La medicion del ruido del sistema es mas baja que el ruido atomico, lo que podria inducir el entrelazamiento colectivo de los espines atomicos (a traves del squeezing de espines inducido por la medicion) y mediciones de campo magnetico ultra sensibles. Este sistema esta estrechamente relacionado con sistemas disenados para la creacion de comunicacion cuantica y memorias cuanticas. Los estados atomicos no gaussianos constituyen un recurso para la computacion cuantica y la comunicacion cuantica, en el contexto de los experimentos de fisica atomica, su deteccion puede ser dificil. El trabajo presentado en esta tesis se centra en la deteccion de los estados no gaussianos en conjuntos atomicos utilizando cumulants, y en particular el ruido relacionado con la medicion de los cumulants.
En el año en que se conmemoran los cien años de la mecánica cuántica, este artículo vuelve a analizar una pregunta antigua y, en apariencia, sencilla: ¿qué es la luz en sentido físico? Para intentar resolverla, se hace un recorrido histórico que va desde la teoría corpuscular de Newton y la descripción ondulatoria de Huygens, pasando por los experimentos de interferencia de doble rendija de Young, hasta la teoría de Maxwell que establece la luz como una onda electromagnética. Se muestra cómo esa respuesta, que parecía bien explicada hacia finales del siglo XIX, resultó insuficiente cuando a comienzos del siglo XX aparecieron resultados experimentales imposibles de explicar usando la física clásica. Con nuevos resultados experimentales, se muestra cómo la cuantización propuesta por Planck resuelve el problema de la radiación de cuerpo negro y cómo Einstein, al explicar el efecto fotoeléctrico, obliga a introducir la idea los de cuantos de luz: los fotones. Posteriormente, se discute cómo la teoría y los experimentos contemporáneos consolidan la dualidad onda–partícula, incluso si se consideran fotones individuales, usando divisores de haz e interferómetros que revelan interferencia a nivel de un solo cuanto. Finalmente, se ofrece una visión general de desarrollos actuales que conectan los fundamentos de la mecánica cuántica, con el entrelazamiento, la no-localidad y las pruebas tipo Bell. Se hace énfasis en comprender, por qué los fotones siguen siendo centrales tanto para preguntas conceptuales aún abiertas como para tecnologías cuánticas emergentes, en particular la comunicación y la computación cuántica.
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.
Luis Adolfo Orozco es doctor en fisica por la Universidad de Texas en Austin. Trabajo en el Laboratorio Europeo de Fisica de Particulas (CERN) midiendo la masa del antiproton de 1987 a 1990. Fue luego profesor en la Universidad del Estado de Nueva York en Stony Brook y en 2003 se cambio a la Universidad de Maryland en College Park para iniciar el grupo de fisica atomica, molecular y optica. Sus trabajos dirigidos a entender mejor la luz llevaron a su grupo de investigacion y a sus colaboradores de la Univesidad de Oregon a medir el campo electrico de un foton con un metodo que simultaneamente permite estudiar los aspectos de onda y de particula de la luz.. Utilizando luz desarrollaron una trampa para atrapar unos pocos atomos de Francio, uno de los elementos mas raros del planeta, cuya estructura atomica tiene el potencial de revelar informacion sobre la fuerza debil, la responsable del inicio del ciclo solar; la que convierte a los protones en neutrones. Sus experimentos han sido seleccionados por el American Institute of Physics entre los mejores de los anos 1996, 2000 y 2002 y fueron reportados en las revistas Science, Nature, Scientific American, Discover y Science News. En esta charla, Luis Adolfo Orozo explica la naturaleza de la luz como una serie de particulas que no se desvian, un tema en discusion en la fisica desde los tiempos de Isaac Newton. El argumento en favor de las ondas contra las particulas es resuelto en la electrodinamica cuantica mediante un formalismo que combina ambos aspectos. El formalismo es estadistico, y como con todo fenomeno cuantico en general, es mediante la incertidumbre estadistica, las fluctuaciones que las naturalezas ondulatoria y de particula de la luz residen lado a lado de manera auto consistente.
Una vez expuestos en un artículo previo, los principios físicos fundamentales en los que se basa el comportamiento de los dispositivos ópticos biestables, sólo resta ya dar una breve síntesis de cuales pueden ser las aplicaciones de los mismos que se preven para un futuro próximo. Es muy posible también que algunas realizaciones futuras no hayan sido aún previstas. Pero lo que sí es seguro es que, a pesar de todo, su estudio merece una especial atención. Ello se debe, en particular, a dos hechos fundamentales. Por una parte, el que desde un punto de vista práctico es más fundamental, es el de su posible empleo en campos como las comunicaciones ópticas o los ordenadores fotónicos, temas ambos que, en este artículo, merecerán una especial atención, y que constituyen objeto central de investigación y desarrollo en todo momento. El segundo es que la biestabilidad óptica es un terreno absolutamente favorable para el estudio de los fenómenos en sistemas fuera del equilibrio. Un tema en particular, el del caos, ha visto en los últimos dos años un renacido interés gracias al conjunto de nuevos datos que ha aportado la B.O. Aunque en este artículo este último tema no será tratado ya que necesitaría uno sólo para él, nos parece importante sacarle al menos la luz.