Medición equilibrada de los estados cuánticos de la luz

Las tecnologías mecanico-cuánticas pueden servir para obtener potentes ordenadores cuánticos y la criptografía cuántica haría que los códigos fueran indescifrables. Pero, para que funcionen, se necesita medir de forma fiable el estado cuántico de partículas como fotones o átomos.

Por lo general, los campos electromagnéticos que presentan propiedades cuánticas son débiles y sus frecuencias de oscilación son del orden de cientos de terahercios. Ningún detector puede seguir cambios tan rápidos. Sin embargo, existe una técnica que permite realizar mediciones dependientes de la fase de las fluctuaciones cuánticas del campo eléctrico utilizando detectores «lentos» corrientes. Este truco se llama detección homodina equilibrada.

En el proyecto CV-QDAPT (Continuous-variable quantum detector and process tomography), financiado por la Unión Europea, los investigadores desarrollaron una forma nueva de calibrar los detectores de estados cuánticos de la materia y la luz. Esto les permitió calibrar un detector homodino equilibrado, tarea que no se había logrado anteriormente, principalmente debido a la gran cantidad de resultados posibles que generan los detectores homodinos equilibrados.

Mediante un enfoque conocido como ajuste de patrones de datos, los investigadores de CV-QDAPT pudieron calibrar un detector con más de ciento cincuenta resultados (un orden de magnitud más que cualquier detector bien caracterizado). Esto se consiguió probando el detector con estados coherentes conocidos de luz, generados mediante un láser estabilizado cuyas propiedades se habían verificado por distintos medios.

El detector calibrado se ha utilizado para caracterizar distintos estados cuánticos de pulsos ópticos. Los resultados de esta estimación de estados cuánticos sin suposiciones previas confirmó la validez de los modelos teóricos existentes de la detección homodina equilibrada.

Los investigadores de CV-QDAPT también han demostrado que, además de ser una herramienta de calibración de detectores cuánticos complejos, que se pueden utilizar para estimar los estados no clásicos de la luz, el método de ajustar patrones de datos se puede usar para realizar tomografías de procesos cuánticos de forma fiable.

El nuevo método demostrado durante el proyecto CV-QDAPT complementa el enfoque que se utiliza actualmente para la tomografía de estados cuánticos y completa el conjunto de herramientas necesario para caracterizar detectores cuánticos. Los investigadores esperan que también tenga aplicaciones en sistemas cuánticos distintos de la luz.