Unidad de Comunicación

Dentro del Laboratorio de Átomos Fríos y Óptica Cuántica (LAFriOC) del Instituto de Física de la UNAM, un equipo de académicos logró la conversión ascendente de luz estructurada con simetría elíptica en un gas atómico a través del proceso conocido como mezclado de cuatro ondas. Son el primer grupo en el mundo en conseguir dicho resultado.

En este trabajo participaron los estudiantes Luis Alberto Mendoza-López, Jorge Gerardo Acosta-Montes, Irvin Fermín Ángeles-Aguillón y Diego Sierra-Costa; la investigadora posdoctoral Yaneth Marcela Torres, la Dra. Rocío Jáuregui y el Dr. Daniel Sahagún Sánchez.

El grupo perteneciente al Departamento de Física Cuántica y Fotónica del Instituto también demostró que el momento angular elíptico, que es una variable dinámica que generaliza al momento angular orbital de la luz, es heredado durante el proceso no lineal. Así, los estudiantes e investigadores demostraron que es posible transferir información óptica (clásica y cuántica) no convencional, del infrarrojo al azul.

El doctor Daniel Sahagún Sánchez, responsable del LAFriOC, mencionó que este trabajo abre una gama de posibilidades en el uso de gases atómicos como fuente de luz diseñada para realizar procesos de información cuántica y clásica. “Es la primera vez que se convierte un haz cuasi invariante ante propagación usando átomos. En este caso, demostramos que la conversión incluye al momento angular elíptico además de otras variables dinámicas. Nuestros métodos pueden aplicarse a haces con otras simetrías”, mencionó.

Los resultados se encuentran reportados en un artículo en la prestigiosa revista Physical Review Research. Ahí se hace explícita la demostración cualitativa y cuantitativa de dicha conversión, y se explica la potencial relevancia del momento angular elíptico para procesos cuánticos y clásicos. Debido a que este tipo de sistemas son adecuados para el manejo y transmisión de la información, dicha investigación no sólo es relevante para la óptica, sino también podría serlo para las telecomunicaciones, incluso dentro del ámbito de la información cuántica.

“En el contexto cuántico es posible hacer medidas a distancia aprovechando el entrelazamiento de la luz generada. Por ejemplo, con los protocolos adecuados, podríamos caracterizar el estado de una molécula sin modificarlo”, explicó.

Procesos no lineales análogos se han utilizado para generar luz cuántica empleando cristales. La ventaja que tiene el mezclado de cuatro ondas en gases atómicos sobre estos es la capacidad de controlar muy sutilmente los parámetros de los fotones generados aprovechando la selectividad de los estados atómicos involucrados en la interacción luz-materia. De hecho, esta característica hace factible la implementación de memorias cuánticas usando óptica no lineal en gases atómicos.

Cabe mencionar, sin embargo, que dos métodos de análisis óptico de experimentos con cristales fueron adaptados en el LAfriOC para los experimentos con átomos.

Este trabajo es uno de los primeros pasos que se dan dentro del Laboratorio rumbo a la creación de sistemas cuánticos híbridos compuestos con luz cuántica (diseñada) y átomos. El grupo del Instituto de Física seguirá realizando investigaciones sobre su coherencia y correlaciones en distintas variables.