El bombazo cuántico que acaba de ver la luz: un chip todo en uno

Un grupo de investigadores ha logrado desarrollar un sistema para fotografiar objetos utilizando luz que nunca ha estado en contacto con ellos. Este avance, que desafía nuestra comprensión convencional de la óptica, aprovecha las propiedades del entrelazamiento cuántico para obtener información visual de objetos sin que la luz utilizada para la detección interactúe directamente con ellos, abriendo nuevas posibilidades para la observación no invasiva.

Según publica Optica Quantum, un equipo liderado por Gabriela Barreto Lemos de la Universidad de Viena ha logrado demostrar este principio experimentalmente. El trabajo, realizado en colaboración con el físico Anton Zeilinger, galardonado con el Nobel en 2022, confirma que las correlaciones cuánticas pueden aplicarse a problemas prácticos como la obtención de imágenes de alta precisión.

Cuando los fotones revelan lo que nunca han visto

El experimento utiliza un sofisticado montaje óptico con cristales de borato de bario que generan pares de fotones entrelazados. Lo notable del sistema es que sitúa el objeto a fotografiar —una máscara con las letras "Q" y "M"— únicamente en el camino de los fotones infrarrojos, mientras que solo se detectan los fotones visibles que jamás pasaron cerca del objeto.

Esta técnica, relacionada con fenómenos que NVIDIA investiga actualmente en su laboratorio cuántico, contradice los principios tradicionales de la fotografía. A diferencia de los sistemas convencionales donde los fotones deben interactuar con el objeto para generar una imagen, aquí los fotones detectados nunca entran en contacto con lo fotografiado y aun así revelan con precisión su forma.

Las aplicaciones prácticas son significativas. Principalmente, permite examinar materiales extremadamente sensibles a ciertas longitudes de onda sin alterarlos durante el proceso. Esto resulta crucial para el estudio de tejidos biológicos que se deterioran con determinados tipos de radiación, o compuestos químicos fotosensibles que modifican sus propiedades al ser expuestos a la luz.

La tecnología también ofrece ventajas en regiones del espectro electromagnético donde los detectores actuales son menos eficientes. Funciona como un sistema de transducción: permite "visualizar" en infrarrojo o rayos X utilizando detectores optimizados para luz visible, una aplicación que Alan Baratz de D-Wave ha identificado entre las aplicaciones más prometedoras de las tecnologías cuánticas a corto plazo.

Los investigadores austriacos han logrado además superar limitaciones físicas fundamentales. Gracias a las propiedades cuánticas, han conseguido eludir las restricciones impuestas por la difracción, un fenómeno que afecta a todos los sistemas ópticos convencionales y limita la resolución máxima alcanzable en microscopía tradicional.

El equipo, que desarrolló este trabajo en el mismo instituto donde ahora se avanza en tecnologías para el IBM Quantum System Two que se instalará en San Sebastián, verificó que la imagen reconstruida muestra con claridad el objeto, a pesar de que los fotones utilizados para la detección nunca interactuaron con él.

La miniaturización es el siguiente objetivo según indican los propios investigadores. El prototipo actual requiere una mesa óptica completa, pero se trabaja en reducir su tamaño hasta convertirlo en un dispositivo compacto para aplicaciones clínicas y análisis de materiales sensibles. Los avances en fabricación de componentes ópticos integrados sugieren que esta tecnología podría incorporarse a equipos de diagnóstico en los próximos años.

Lo más fascinante de este trabajo es ver cómo la física cuántica salta del papel a la realidad. Mientras los libros de texto hablan de partículas que existen en varios estados a la vez, este experimento nos muestra que esos mismos principios pueden ayudarnos a ver lo invisible sin tocarlo, algo que parecía imposible hace apenas una década.