INFORME POSDOCTORAL INDEPENDIENTE DE INVESTIGACIÓN TEÓRICA FUNDACIONAL Ingeniería de Observación Multiespectral Cuántica Orbital (IOMCO) Hacia una Arquitectura Unificada de Sensado Fotónico-Cuántico-Topológico para la Reconstrucción Integral de la Realidad Física desde Órbita SUBTÍTULO Fundamentos físicos, fotónicos, cuánticos, informacionales y topológicos de sistemas orbitales de observación hiper-integrada capaces de reconstruir estados físicos complejos mediante fusión multiespectral coherente y análisis estructural no euclidiano.
INFORME POSDOCTORAL INDEPENDIENTE DE INVESTIGACIÓN TEÓRICA FUNDACIONAL Ingeniería de Observación Multiespectral Cuántica Orbital (IOMCO) Hacia una Arquitectura Unificada de Sensado Fotónico-Cuántico-Topológico para la Reconstrucción Integral de la Realidad Física desde Órbita SUBTÍTULO Fundamentos físicos, fotónicos, cuánticos, informacionales y topológicos de sistemas orbitales de observación hiper-integrada capaces de reconstruir estados físicos complejos mediante fusión multiespectral coherente y análisis estructural no euclidiano.
En este trabajo se presenta una breve descripcion de los principales resultados del trabajo de investigacion desarrollado por nuestro grupo en optica integrada cuantica. La principales lineas de investigacion del grupo siempre han estado en la optica integrada y en los ultimos anos se han desarrollado ademas varios estudios cuanticos teoricos y aplicados de dispositivos opticos integrados lineales y no lineales. Estos estudios han tenido como principal objetivo el analisis teorico riguroso tanto de la propagacion como de la caracterizacion de estados de luz cuantica en dispositivos de guia de onda mediante el operador Momento y las ecuaciones espaciales de Heisenberg, y tambien mediante propagadores opto-cuanticos calculados con el formalismo de Feynman sobre el espacio multimodo de campo optico. En este espacio las distribuciones de probabilidad estan bien definidas y ademas pueden medirse mediante tecnicas de deteccion homodina y/o heterodina multimodo. Asimismo se indican algunas lineas de investigacion futura tanto teorica como experimental sobre optica integrada cuantica.
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.
Introducción: Las comunicaciones cuánticas representan un avance revolucionario en telecomunicaciones seguras, fundamentándose en principios de mecánica cuántica como superposición, entrelazamiento y el teorema de no-clonación para garantizar seguridad teóricamente inviolable. Objetivo: La fibra óptica emerge como medio de transmisión privilegiado debido a sus características excepcionales de baja atenuación, compatibilidad con infraestructura global existente y capacidad de preservar estados cuánticos delicados a distancias considerables. Este artículo desarrolla una revisión teórica integral de los fundamentos, componentes y arquitecturas que conforman la capa física de las comunicaciones cuánticas mediante fibra óptica. Metodología: La metodología empleada corresponde a una investigación de nivel descriptivo con enfoque analítico-sintético, implementada mediante revisión bibliográfica no sistemática de literatura científica especializada publicada principalmente durante el periodo reciente, priorizando fuentes de alta calidad en bases de datos reconocidas. Resultados: Los resultados caracterizan exhaustivamente fuentes cuánticas de variable discreta y continua, fibras ópticas especializadas multinúcleo y multimodo, detectores de fotón único basados en tecnologías superconductoras y semiconductoras, protocolos fundamentales de distribución cuántica de claves incluyendo sistemas adaptativos con inteligencia artificial, técnicas de modulación y codificación de alta dimensionalidad, y arquitecturas de redes cuánticas operativas metropolitanas y satelitales. Conclusión: Se concluye que los componentes tecnológicos esenciales han alcanzado niveles de madurez suficientes para implementaciones prácticas, evidenciado por demostraciones exitosas de coexistencia cuántico-clásica en fibra y redes operativas multiusuario. No obstante, persisten desafíos críticos en escalabilidad, desarrollo de repetidores funcionales, sincronización ultraestable de nodos distribuidos y transición hacia arquitecturas híbridas fibra-satélite necesarias para materializar el Internet cuántico global. Área de estudio general: Comunicaciones. Área de estudio específica: Comunicaciones Cuánticas.
Se proporciona un “esquema de reconstrucción” estructuralista de una teoría idealizada. Esta teoría, QM, tiene algunas características esenciales de la mecánica cuántica. QM es una teoría acerca de “eventos de observación de resultados” abstractos, caracterizaciones formales de las interacciones entre los sistemas físicos y sus resultados. QM es una teoría estocástica y en el aparato estocástico son reconocibles algunas características de la mecánica cuántica de la “vida real”. Los eventos de observación de resultados mismos no exhiben características esencialmente mecánico-cuánticas ni características esencialmente físicas. En el nivel del elemento básico de la teoría, QM es más como una especialización de la teoría de la probabilidad que una teoría física. Es recién en el nivel de especialización del elemento básico de la teoría que se pueden introducir características esencialmente físicas y de mecánica cuántica. En el presente artículo se ofrece un “esquema de reconstrucción” más que una reconstrucción, debido en gran medida a que no proporciona un tratamiento de las especializaciones físicas interesantes. Tampoco constituye una reconstrucción completa en tanto el aparato matemático se limita a estructuras finitas.
Presentamos una teoría uni?cada que integra cuatro marcos complementarios: (I) un análisis vectorial de la posición temporal del observador consciente, la jerarquía emergente de las leyes físicas y la naturaleza algorítmica del universo;(II) una teoría formal de la realidad como arquitectura discreta de informa-ción basada en números primos, con predicciones cuantitativas falsables; (III)una extensión del marco UTQ hacia la neurociencia cuántica y la psicologíaemocional; y (IV) un modelo algebraico original del efecto túnel cuántico queformaliza el tránsito entre coherencia clásica y superposición cuántica medi-ante la sustitución simultánea de eigenvalores y el cálculo exacto del residuo deinterferencia. El nexo central entre los cuatro marcos es una demostración ge-ométrica original sobre la herencia de la forma en el punto euclidiano, puenteentre geometría clásica, teoría de cuerdas y píxel como unidad mínima deinformación. La Hipótesis de Riemann actúa como condición de coherenciauniversal para la física, la cognición y el tránsito cuántico.Palabras clave: posición temporal, vectores temporales, jerarquía física,física cuántica, singularidad, teoría de cuerdas, punto geométrico, númerosprimos, Hipótesis de Riemann, algoritmo universal, equilibrio dinámico, con-ciencia como materia, neurociencia cuántica, emociones, trauma epigenético,lenguaje como código, decodi?cador emocional primigenio.
Las últimas dos décadas han sido testigos de tremendos avances y desarrollos en la ciencia y tecnología de la información cuántica, debido principalmente al uso de recursos físico-cuánticos, tales como la coherencia y el entrelazamiento. La formalización del concepto de computación cuántica universal por D. Deutsch en 1985 ha madurado hacia iniciativas comerciales que apuntan a acelerar la implementación física de una computadora cuántica práctica. Hasta ahora, dicha tecnología cuántica se ha impulsado como procesadores de información que se basan principalmente en bits cuánticos (qubits) superconductores. Otros desarrollos hacen uso de los estados cuánticos de los fotones en conjunción con otros registradores cuánticos basados en electrones, átomos, moléculas, sistemas artificiales, entre otros. Aunque, para cualquier caso, las tecnologías de qubit múltiples aún están bajo intensa investigación y desarrollos en los que la temperatura y el tamaño del registrador cuántico son cuestiones esenciales. Sin embargo, toda posible implementación física de dispositivos de procesamiento de información cuántica tiene en común las propiedades fundamentales de los sistemas cuánticos: interferencia, coherencia y entrelazamiento. En esta tesis, tratamos el estudio de la coherencia cuántica y el entrelazamiento en qubits (codificados en base a la polarización) y los materiales cuánticos (que operan a temperatura ambiente) para analizar el papel de las correlaciones cuánticas y la decoherencia para fines de procesamiento de información. La investigación actual se divide en dos partes principales: la primera comienza con el análisis de la influencia de un medio birrefringente sobre el entrelazamiento de un estado de qubit fotónico. Empleamos una fibra que mantiene la polarización (PMF) como un entorno de decoherencia para probar el modelo teórico en el que la simetría del acoplamiento entre el entorno y el qubit define la muerte y reactivación de las correlaciones de información. Este hallazgo establece una herramienta para mantener el entrelazamiento independiente de la longitud de la fibra empleando las propiedades de simetría del sistema físico. Como complemento, para demostrar que el entrelazamiento no es el único factor crucial en los esquemas de información, empleamos el juego del dilema del prisionero (en un espacio de estrategia de dos parámetros y extendido hasta tres) para demostrar que las ventajas cuánticas en este protocolo son debido a la superposición cuántica en lugar del entrelazamiento del sistema físico. Aquí también presentamos una configuración experimental con fotones para verificar nuestros hallazgos con qubits fotónicos. La segunda parte de la tesis examina un nuevo nanomaterial que podría servir de puente para la interacción de fotones y electrones hacia una representación física de qubits fotónicos condicionados mediante registros externos (como electrones o iones). La primera etapa en esta dirección considera la implementación de emisores de fotones individuales. Sin embargo, antes de esto es necesario reconocer las capacidades fotofísicas de las Perovskites como estructura seleccionada. Como complemento, la novedad de esta nanoestructura nos permite dar respuestas a algunas preguntas abiertas en esta dirección de caracterización en el marco de esta investigación. Las perovskitas de MA-haluro (metilamonio-haluro) están estructuralmente formadas por pequeños dominios que van desde tamaños de nano a micrómetros y que presentan una fuerte intermitencia de fotoluminiscencia (Blinking). Atribuimos esta respuesta a la recombinación noradiativa de Auger de electrones adicionales fotogenerados en un proceso de relleno de trampas ocasionadas por defectos o móvimiento de iones. Esto lo verificamos mediante la aplicación de una capa absorbente (quencher) de cargas de PCBM (fenil-éster metílico del ácido butírico C61), lo que resultó en una disminución considerable del parpadeo. También proporcionamos una técnica novedosa para la observación en tiempo real del efecto del movimiento de iones sobre este material. Adicionalmente, este comportamiento indica condiciones adecuadas para la existencia de pocos emisores que son útiles en protocolos cuánticos y se convierten en una motivación para analizar y explicar este fenómeno. Luego, preparamos dos composiciones químicas de perovskitas inorgánicas con un alto orden estructural para explorar las condiciones necesarias para producir un emisor cuántico con este material. Visualizamos las muestras a través de microscopía electrónica, y ambos sistemas se caracterizaron espectralmente para disminuir las diluciones hasta observar la intermitencia de la emisión. Se verificó el comportamiento no clásico de la emisión empleando un interferómetro Hanbury-Brown y Twiss mediante la medición del grado de función de correlación de coherencia de segundo orden. Finalmente, pero no menos importante, la información adicional presenta los laboratorios implementados durante esta investigación doctoral y el prototipo de un dispositivo de conteo de señales para analizar las coincidencias temporales en eventos fotónicos correlacionados.