Usar unos pocos fotones para controlar a muchos otros

Se ha demostrado que el paso de un haz de luz a través de una fibra óptica puede controlarse con sólo unos pocos fotones de otro haz de luz.

El control totalmente óptico es la base de la fotónica, un concepto tecnológico en el que los haces de luz reemplazan a las corrientes eléctricas en los circuitos, obteniéndose así una velocidad más alta y un consumo de energía más bajo. Igual a como un transistor activa o desactiva el paso de una corriente eléctrica, los circuitos fotónicos necesitan una forma de lograr que un haz de luz controle a otro. Uno de los "santos griales" de la fotónica es la conmutación mediante un solo fotón, o sea controlar con sólo un fotón el paso de un haz de luz.

El equipo del físico Alexander Gaeta, de la Universidad de Cornell, Estados Unidos, se ha acercado ahora a esa meta.

La luz consiste en paquetes pequeños de energía llamados fotones. Bajo las condiciones adecuadas, un fotón puede ser absorbido por un átomo. El grupo de Gaeta aprovechó la rara propiedad del elemento rubidio que sólo puede absorber fotones si dos de ellos de ciertas longitudes de onda llegan al mismo tiempo. Los investigadores llenaron con vapor de rubidio una fibra óptica hueca, y dispararon una señal de luz infrarroja continua con una longitud de onda de 776 nanómetros en un extremo y una señal de "control" intermitente de 780,2 nanómetros en el otro.

En el tubo estrecho, la luz interactúa fuertemente con los átomos de rubidio. Cuando el haz de control está activo, los átomos de rubidio absorben fotones de ambas longitudes de onda y la señal se corta. Cuando el haz de control cesa, la señal pasa a través.


El efecto se observa con menos de 20 fotones de control en una escala de tiempo tan rápida como cinco milmillonésimas de segundo, permitiendo la modulación a frecuencias de hasta 50 MHz (el ritmo de la transmisión de los pulsos de activación y desactivación de la luz que representan a los ceros y unos digitales en la comunicación por fibra óptica). La técnica también puede tener aplicaciones en la computación cuántica, donde los fotones aislados pueden actuar como bits cuánticos (qubits), el equivalente cuántico de los ceros y unos.