Compactando el ruido cuántico.

Un cristal iluminado por luz verde coloca fotones en un rayo láser infrarrojo en un orden específico, reduciendo de esta forma el ruido fotónico en tal láser infrarrojo. (Cortesía: Roman Schnabel/MPI for Gravitational Physics).

Físicos de Alemania han generado un chorro de luz láser “apretada” con un nivel récord de ruido cuántico. Esta técnica redujo el ruido de un rayo infrarrojo en un 90% y podría algún día usarse para permitir que detectores de ondas gravitatorias estudien con mayor profundidad el espacio y crear información cuántica y sistemas de criptografía.

El campo eléctrico de un chorro de luz siempre porta algo de inherente ruido cuántico — resultado de las fluctuaciones en amplitud y fase provocadas por la naturaleza intrínseca de los fotones. Ahora Roman Schnabel y sus colegas del Instituto Max Planck para Física Gravitatoria y la Universidad Leibniz en Hanover han encontrado una forma de eliminar gran parte de este ruido en un rayo láser de 1064-nm usando un cristal de doble refracción y luz láser verde (Phys Rev Lett 100 033602).

Almacenar fotones

“El láser verde prepara el cristal provocando que la nube de electrones de los átomos del cristal oscilen en la misma frecuencia que la luz verde”, explicó Schnabel. “En este estado, el cristal puede entones almacenar los fotones enviados por el rayo infrarrojo”. Cuando el flujo de fotones se reduce estos fotones almacenados son reemplazados en el rayo, el cual como resultado logra una distribución de fotones más regular.

Como resultado, las fluctuaciones de fase son prácticamente eliminadas del rayo. “Logramos una reducción del nivel de ruido cuántico de un 90%”, dijo Schnabel, quien añadió: “Hasta ahora un buen resultado era una reducción en un factor de 4, por debajo del 25%”.

Los investigadores creen que la potencia de compactación de su configuración está limitada por la pérdida óptica más que por las fluctuaciones de fase, por lo que podría mejorarse más.

El ruido cuántico puede perturbar medidas sensibles, tales como las instalaciones del Observatorio de Ondas Gravitatorias de Interferómetro Láser (LIGO) en los Estados Unidos. Todos los actuales detectores de LIGO usan láseres infrarrojos para buscar los diminutos patrones que se predice que aparezcan cuando las ondas gravitatorias interactúen con los rayos, pero la extrema debilidad de las ondas las hace casi imposibles de detectar.

De acuerdo con Schnabel, la intensidad uniforme de la luz apretada podría hacer a estos detectores más sensibles y permitirles estudiar más el espacio más profundo donde se crean las esquivas ondas. “Usando la luz apretada podemos extender el alcance de los detectores de ondas gravitatorias en un factor de tres”, dijo.

Otra aplicación podría ser la información cuántica y la criptografía. “Los estados apretados han sido usados para demostrar varios protocolos de información cuántica, construir estados entrelazados de luz y demostrar el teletransporte cuántico”, dijo Schnabel.