Hologramas cuánticos

Un nuevo estudio corrobora que los hologramas cuánticos que utilizan luz polarizada y metasuperficies permiten un control preciso de la información holográfica entrelazada cuánticamente. Esto puede ser la clave para lograr avances sustanciales en infinidad de aplicaciones prácticas de campos como las comunicaciones cuánticas y la protección contra falsificaciones de productos.

El entrelazamiento cuántico es uno de los fenómenos más intrigantes de la mecánica cuántica. Consiste en una correlación especial entre dos partículas, de tal manera que la medición de las propiedades de una revela instantáneamente las de la otra, sin importar la distancia a la que se encuentren. Esta propiedad tan singular se ha aprovechado para la computación cuántica y para las comunicaciones cuánticas.

Un método habitual para generar entrelazamiento cuántico se basa en el uso de un cristal no lineal, que produce pares de fotones con polarizaciones entrelazadas mediante el proceso SPDC (Spontaneous Parametric Down-Conversion): si se mide la polarización horizontal de un fotón, el otro siempre estará polarizado verticalmente, y viceversa. Por su parte, las metasuperficies (dispositivos ópticos ultrafinos) son conocidas por su capacidad para codificar grandes cantidades de información, lo que permite crear hologramas de alta resolución. Combinando las metasuperficies con cristales no lineales, los investigadores pueden explorar un enfoque prometedor para mejorar la generación y el control de estados de fotones entrelazados cuánticamente.

En un estudio reciente, Hong Liang y Tailin An, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong en China, así como Wai Chun Wong y Jensen Li, de la Universidad de Exeter en el Reino Unido, presentan un enfoque innovador para crear hologramas cuánticos utilizando metasuperficies. Al diseñar cuidadosamente las orientaciones de las nanoestructuras dentro de la metasuperficie, se puede generar un holograma cuántico en el que la polarización y la información holográfica se entrelazan cuánticamente.

El método permite usar instrumental compacto y flexible, algo difícil de conseguir con materiales convencionales. Para demostrar la viabilidad del enfoque, los investigadores crearon con éxito cuatro letras holográficas (“H”, “V”, “D” y “A”) entrelazadas cuánticamente con la polarización de los fotones emparejados. En los experimentos, seleccionando distintas orientaciones de polarización para un fotón, se podían borrar selectivamente letras concretas del holograma, lo que demostró un control preciso sobre la información holográfica entrelazada cuánticamente.

La polarización y la información holográfica se entrelazan cuánticamente en un holograma cuántico. Las letras holográficas muestran el entrelazamiento cuántico a través de la polarización de fotones emparejados. Seleccionando diferentes orientaciones de polarización para un fotón, letras específicas en el holograma pueden borrarse selectivamente, demostrando ello un control preciso sobre la información holográfica entrelazada cuánticamente. (Imagen: J. Li / University of Exeter)

Más allá de su importancia en la física fundamental, esta investigación también promete aplicaciones prácticas en campos como la comunicación cuántica, al codificar la información tanto en las letras como en los estados de polarización.

Además, los investigadores sugieren que las metasuperficies podrían utilizarse en tecnología antifalsificación. Más allá de la dificultad inherente de copiar la propia metasuperficie, la intrincada relación entre las letras y los estados de polarización y el perfil de fase entre distintos hologramas crea un patrón único que resulta extremadamente difícil de reproducir, lo que aumenta la seguridad contra la falsificación.

El estudio se titula “Metasurface-enabled quantum holograms with hybrid entanglement”. Y se ha publicado en la revista académica Advanced Photonics. (Fuente: NCYT de Amazings)