Conversión de frecuencias de fotones individuales

Investigación UPV/EHU

Tras excitar ópticamente el hidrógeno en su interior, la luz incidente cambia de frecuencia (color) al atravesar la fibra óptica antirresonante. Fuente: UPV/EHU

Actualmente, estamos viviendo una segunda revolución cuántica en la que la mecánica cuántica está pasando de ser una fuente de paradojas a una herramienta del mundo real. Ejemplo de ello son las tecnologías basadas en la manipulación de la luz, tecnologías que son capaces de abordar los retos que existen actualmente en las comunicaciones, hasta ahora insuperables con las tecnologías convencionales. Este es el caso de la conversión de frecuencias y el transporte a larga distancia de fotones individuales y pares de fotones entrelazados.

Las fibras ópticas son como tuberías para la luz. Una investigación liderada por David Novoa, investigador Ikerbasque en la Escuela de Ingeniería de Bilbao de la UPV/EHU, ha desarrollado un nuevo tipo de fibra óptica micro-estructurada que, a diferencia de las fibras convencionales como las que llevan internet a nuestras casas, guía la luz en un canal hueco con una atenuación extremadamente baja. Lo que hace únicas a estas nuevas fibras es que sus propiedades ópticas son reconfigurables cuando se llenan de gases a distintas presiones. Esto las convierte en unas plataformas muy versátiles, capaces de operar en un rango espectral sin precedentes, desde el ultravioleta hasta el infrarrojo.

En este trabajo los investigadores han llenado la fibra con hidrógeno, la molécula más ligera de la naturaleza y, por tanto, la que posee una frecuencia fundamental de vibración más alta. Por medio del conocido como efecto Raman estimulado, se pueden excitar ópticamente las moléculas del núcleo gaseoso de la fibra de manera que oscilen sincronizadas de forma muy precisa. En palabras de David Novoa, “es en esta coreografía molecular donde reside la belleza de nuestro sistema: Las fuentes de luz cuánticas (los fotones) son capaces, bajo determinadas circunstancias, de extraer la energía vibracional de esas moléculas oscilantes para aumentar su propia energía y así cambiar de frecuencia (color)”.

Sistemas complejos como, por ejemplo, las redes cuánticas, están compuestos por diferentes subsistemas cuya frecuencia óptima de operación no suele coincidir. Es por ello que una técnica capaz de conseguir la conversión de frecuencias ópticas a nivel cuántico en un amplio espectro sin afectar las propiedades de las fuentes de luz originales sería extremadamente útil. Estos resultados muestran precisamente la mejora de un proceso crítico en las tecnologías cuánticas relacionadas con la luz, como es la conversión cuántica de frecuencias.

Referencia:

R. Tyumenev, J. Hammer, N. Y. Joly, P. St.J. Russell and D. Novoa (2022) Tunable and state-preserving frequency conversion of single photons in hydrogen Science, doi: 10.1126/science.abn1434

Para saber más:

Una fibra óptica de plástico actúa como concentrador solar luminiscence

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa

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