Simetrías ocultas capaces de transferir estados cuánticos

Las simetrías son uno de los principios organizadores más eficientes de la naturaleza y configuran estructuras de todas clases, desde los copos de nieve y las flores hasta las interacciones fundamentales de las partículas y las leyes físicas que las rigen. Las simetrías convencionales, como la traslación, la rotación o la reflexión, se manifiestan en la estructura geométrica de cada sistema afectado. Sin embargo, no todas las simetrías son visibles a simple vista: el novedoso concepto de simetrías latentes describe un tipo de orden profundamente oculto en las propiedades espectrales del sistema.

Un equipo de físicos de las Universidades de Rostock y Hamburgo, ambas en Alemania, ha logrado la primera observación experimental de la transferencia de estados cuánticos mediante simetrías ocultas. Utilizando una red de guías de ondas ópticas grabadas con láser, Jonas Himmel, Alexander Szameit y sus colegas lograron fabricar circuitos fotónicos que poseen esta fascinante característica y la utilizan para la transferencia de estados de luz no clásicos.

Normalmente, en ausencia de simetrías, la luz tiende a propagarse libremente por toda la red cuando se inyecta en un único punto. El sistema creado por el equipo de Himmel y Szameit se comporta de la misma manera, con una excepción clave: los fotones lanzados a un punto específico de la red, el cual aparentemente no tiene nada de particular, emergen casi mágicamente en un segundo punto, que tampoco parece tener nada especial. Esta eficiente comunicación cruzada entre dos nodos de la red es posible porque comparten la misma "huella espectral", la característica que define una estructura latentemente simétrica.

Recreación simbólica de una red de simetría latente en funcionamiento mediante guías de ondas. Aunque la red parece completamente asimétrica, el estudio de sus propiedades espectrales muestra que los dos sitios marcados en rojo comparten una simetría latente. Esta simetría latente u oculta puede utilizarse para transferir eficazmente estados cuánticos entre ambos sitios. (Imagen: Alexander Szameit et al. CC BY)

Al superar la dependencia de los tipos convencionales de simetría, estos investigadores han ampliado drásticamente el espacio de diseño de circuitos cuánticos, abriendo las puertas a una nueva clase de redes para la comunicación cuántica segura y para otras aplicaciones cuánticas.

Himmel, Szameit y sus colegas exponen los detalles técnicos de su logro en la revista académica eLight, bajo el título “State transfer in latent-symmetric networks”. (Fuente: NCYT de Amazings)