Físicos desarrollan un holograma «cuántico» usando fotones entrelazados

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Físicos desarrollan un holograma «cuántico» usando fotones entrelazados

Créditos: Universidad de Glasgow.

Un equipo de físicos ha conseguido superar algunas de las limitaciones de los hologramas convencionales. Lograron, por primera vez, emplear el entrelazamiento cuántico en fotones para producir hologramas nuevos y mejorados. Los hallazgos nos podrían conducir a la obtención de imágenes médicas mejoradas y acelerar el avance de la ciencia en la información cuántica. 

El estudio, liderado por el Dr. Hugo Defienne de la Universidad de Glasgow, fue publicado en Nature Physics.

Hologramas clásicos

Los hologramas están presentes en nuestras vidas desde hace mucho tiempo. En los billetes, tarjetas bancarias, pasaportes, arte, entretenimiento y hasta imágenes médicas. En términos simples, los hologramas son representaciones bidimensionales de imágenes tridimensionales que, a diferencia de las fotografías, dan la impresión de ser tridimensionales.

Se producen manipulando la luz. Los hologramas clásicos funcionan mediante el uso de un solo rayo de luz láser que se divide en dos trayectorias. El primer rayo, llamado rayo de objeto, ilumina el sujeto del holograma y se refleja posteriormente sobre una superficie holográfica. Por otro lado, el segundo, llamado rayo de referencia, rebota en un espejo directamente hacia la superficie de colección sin tocar al sujeto. 

La imagen se crea midiendo las diferencias en la fase de la luz donde se encuentran los dos haces. La fase es la cantidad en que las ondas del sujeto y los rayos del objeto se mezclan e interfieren entre sí, un proceso habilitado por una propiedad de la luz conocida como «coherencia».

«La holografía clásica hace cosas muy inteligentes con la dirección, el color y la polarización de la luz, pero tiene limitaciones, como la interferencia de fuentes de luz no deseadas y una fuerte sensibilidad a las inestabilidades mecánicas», mencionó Defienne.

Hologramas cuánticos

Para los nuevos hologramas, Defienne y su equipo utilizan una configuración similar, con un rayo de luz láser dividido. Pero en lugar de dirigir ambos haces a una sola superficie de recolección, se aprovechó el entrelazamiento cuántico. En este fenómeno, pares de partículas (en este caso fotones) se unen de manera que las acciones realizadas en una afectan a la otra, incluso a una distancia significativa.

Los fotones entrelazados pueden crearse al enviar una luz láser de alta energía a través de placas de cristal de borato de bario beta. Lo cual divide cada fotón en dos fotones entrelazados, cada uno con la mitad de la energía del original. Esto fue lo que hizo el equipo. 

Así, mientras un rayo se envía a un objeto antes de ser recogido por una cámara digital de megapíxeles, el otro se dirige hacia un modulador de luz espacial, que ralentiza muy ligeramente los fotones a medida que pasan, produciendo un ligero desfase en estos últimos. 

En la holografía estándar, las dos rutas se superpondrían entre sí y el grado de interferencia de fase entre ellas se usaría para generar un holograma en la cámara. Sin embargo, en esta versión no sucede así: los fotones nunca se superponen entre sí. Los cambios de fase experimentados por cada fotón individualmente son compartidos simultáneamente por ambos. 

La configuración para obtener un holograma cuántico utilizando fotones entrelazados. (Universidad de Glasgow)

“El proceso que hemos desarrollado nos libera de las limitaciones de la coherencia clásica e introduce la holografía en el reino cuántico. El uso de fotones entrelazados ofrece nuevas formas de crear hologramas más nítidos y con más detalles, los cuales abren nuevas posibilidades para aplicaciones prácticas de la técnica».

Posibles aplicaciones

El experimento del equipo fue capaz de recrear hologramas de un cristal líquido con las letras «UofG», así como de recrear cinta transparente, gotas de aceite de silicona y una pluma de pájaro. La tecnología experimental podría tener aplicaciones importantes en múltiples campos, más allá de lo que pueden lograr los hologramas actuales.

“Una de esas aplicaciones podría ser en imágenes médicas, donde la holografía ya se usa en microscopía para examinar detalles de muestras delicadas que a menudo son casi transparentes. Nuestro proceso permite la creación de imágenes en mayor resolución y menor ruido, lo que podría ayudar a revelar detalles más finos de las células y ayudarnos a aprender más sobre cómo funciona la biología a nivel celular ”, explicó el Dr. Defienne.

 

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