Fotones cu¨¢nticos para medir sin da?ar

La metrolog¨ªa cu¨¢ntica, que agrupa las t¨¦cnicas para medir aprovechando los efectos cu¨¢nticos, est¨¢ en pleno desarrollo. Proporciona una mayor sensibilidad que la luz, por ejemplo, y mide de forma no destructiva, sin provocar cambios en los delicados sistemas observados. Es una aplicaci¨®n real del famoso dilema del gato de Schr?dinger.

En un paso m¨¢s en estas t¨¦cnicas, cient¨ªficos del Instituto de Ciencias Fot¨®nicas (ICFO), en Barcelona, han hecho un experimento que abre la puerta a observaciones superdelicadas de nuevas propiedades de ¨¢tomos y mol¨¦culas individuales, gases cu¨¢nticos y c¨¦lulas vivas. Los resultados se publican en Nature Photonics.

En muchos campos de la ciencia, se utiliza luz para obtener informaci¨®n precisa de los objetos investigados sin da?arlos, los llamados sondeos ¨®pticos, informa el ICFO. En biolog¨ªa, por ejemplo, las c¨¦lulas vivas se visualizan en microscopios ¨®pticos. El microscopio realiza un sondeo ¨®ptico cuando un haz de fotones traspasa la c¨¦lula y da una imagen de ella. Ahora, los investigadores, liderados por Morgan W. Mitchell, han demostrado que grupos de estas mismas part¨ªculas -los fotones- pero organizados en determinados estados cu¨¢nticos, pueden proporcionar m¨¢s informaci¨®n y, a la vez, causar menos da?os.

Estos estados son dif¨ªciles de imaginar: requieren que todos los fotones est¨¦n polarizados en un sentido y, al mismo tiempo, en sentido contrario, encontr¨¢ndose en dos estados diferentes a la vez. Esta es una situaci¨®n similar a la que describi¨® Erwin Schr?dinger en 1935. Imagin¨® un hipot¨¦tico gato en una ¡°superposici¨®n cu¨¢ntica de estados¡±, estando simult¨¢neamente vivo y muerto. Hace dos a?os, los mismos investigadores del ICFO propusieron un m¨¦todo para producir estos estados ex¨®ticos. Con la reciente publicaci¨®n demuestran la realizaci¨®n de tal estado cu¨¢ntico y a su vez una mayor eficacia para observar objetos muy delicados.

Para realizar sus experimentos, los investigadores del ICFO han elegido una nube de ¨¢tomos de rubidio, que sirve de sistema modelo. El experimento consisti¨® en preparar pares de fotones en el estado citado, enviarlos a trav¨¦s de la nube de ¨¢tomos y medir su polarizaci¨®n a la salida. De este modo pod¨ªan deducir la cantidad de ¨¢tomos dentro de la nube y determinar el campo magn¨¦tico de su entorno. Al mismo tiempo, evaluaron el da?o, es decir, el n¨²mero de fotones absorbido por la nube. Los resultados superan por primera vez uno de los l¨ªmites de la mec¨¢nica cu¨¢ntica.