En una medida que seguramente deleitará a los ecologistas y confundirá a cualquiera que recuerde la clase de física, los investigadores han demostrado que la luz solar común y corriente puede generar enredo cuántico, un fenómeno que antes se pensaba que requería el esfuerzo coherente y enfocado de un láser bien afinado. ¿Por qué usar un láser preciso y devorador de energía cuando puedes simplemente... abrir las persianas?

Los hallazgos, publicados en Optica, muestran que la luz solar puede producir enredo comparable a las técnicas basadas en láser, siempre que se tengan en cuenta las diferencias de ancho de banda. El trabajo es una colaboración entre el grupo de Robert Boyd en la Universidad de Ottawa y el equipo de Hanieh Fattahi en el Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz (MPL) en Alemania. Porque aparentemente, la cooperación internacional también es necesaria para aprovechar el poder del sol.

"El enredo cuántico es crucial para aplicaciones como la comunicación segura, la detección ultra precisa y la computación de alto rendimiento", dijo Cheng Li, recién graduado de la Universidad de Ottawa y primer autor del artículo. "Nuestro trabajo muestra que las fuentes de luz natural abundantes se pueden usar para el enredo cuántico, abriendo la posibilidad de tecnologías cuánticas más eficientes energéticamente y accesibles".

En otras palabras, tu futura computadora cuántica podría ser alimentada por lo mismo que te causa quemaduras solares. Li también señaló que "esta tecnología podría algún día permitir que los satélites creen claves de cifrado seguras usando la luz solar ya abundante en el espacio, reduciendo la necesidad de láseres a bordo y gran parte del hardware de soporte". Porque ¿por qué llevar un láser al espacio cuando el sol está ahí, haciendo lo suyo?

El equipo desafió la suposición de larga data de que el enredo cuántico requiere luz coherente, el tipo donde las ondas están sincronizadas y son predecibles, como un láser. Trabajos anteriores del equipo de Boyd ya habían demostrado que un LED, una fuente de luz incoherente, podía producir fotones con enredo de polarización. Ahora han mejorado a la luz solar, que es aún más caótica, extendiéndose en todas direcciones y luciendo un arcoíris completo de colores.

Para dominar este caos, los investigadores utilizaron la conversión paramétrica descendente espontánea (SPDC), un proceso donde un haz de bombeo entra en un cristal no lineal y divide fotones en pares enredados. En lugar de un láser de bombeo, usaron luz solar fuertemente polarizada, que permaneció altamente incoherente en espacio y tiempo pero osciló en una dirección consistente. "Diseñamos nuestro montaje experimental para que las diferencias introducidas por los diferentes colores y direcciones de propagación no influyeran en la polarización de los fotones", explicó Li. "Como predice nuestra teoría, si el enredo vive solo en la polarización, entonces debería depender solo del orden del bombeo en su dirección de oscilación y no de su dirección o color".

Pero había un problema: el cristal no lineal tiene solo aproximadamente un milímetro de ancho, por lo que necesitaban concentrar la luz solar. El equipo de Fattahi en el MPL construyó un concentrador solar de todo vidrio que usa una lente de Fresnel del tamaño de una ventana doméstica para canalizar la luz solar en una fibra óptica de aproximadamente el ancho de un cabello humano, y luego dirigirla al pequeño cristal. Porque nada dice "óptica cuántica" como un montaje que se asemeja a una lupa gigante.

Experimentos al aire libre en el MPL confirmaron la teoría: la tomografía de estado cuántico mostró que el enredo producido por la luz solar era aproximadamente 94% similar a un estado perfectamente enredado, y los fotones violaron la desigualdad de Bell, demostrando que estaban genuinamente enredados y no solo teniendo un malentendido clásico.

El equipo ahora está trabajando en aumentar el brillo y mejorar la calidad del enredo, con la esperanza de llevar el sistema fuera del laboratorio. También sugieren que el enfoque podría funcionar con otras técnicas ópticas no lineales como la mezcla de cuatro ondas, abriendo potencialmente nuevas puertas en la fotónica cuántica.

Por supuesto, la comunidad científica tuvo sus dudas. "Desde el inicio de este proyecto, nuestra idea ha encontrado repetidas dudas y rechazo", dijo Li. "Algunos mundialmente reconocidos..."