La mecánica cuántica rompe límites en la precisión del láser

Concepción del artista de un dispositivo superconductor que podría realizar un láser operando en el límite cuántico final - LUDMILA ODINTSOVA

   MADRID, 27 Oct. (EUROPA PRESS) -

   Un equipo de teóricos cuánticos australianos ha demostrado cómo romper un límite que se había creído, durante 60 años, que limitaba fundamentalmente la coherencia de los láseres.

   La coherencia de un rayo láser se puede considerar como el número de fotones (partículas de luz) emitidos consecutivamente en el rayo con la misma fase (todos ondeando juntos). Determina la capacidad en que un láser puede realizar una amplia variedad de tareas de precisión, como controlar todos los componentes de una computadora cuántica.

   Ahora, en un artículo publicado en Nature Physics, los investigadores de la Universidad Griffith y la Universidad Macquarie han demostrado que las nuevas tecnologías cuánticas abren la posibilidad de hacer que esta coherencia sea mucho más grande de lo que se creía posible.

   "La sabiduría convencional se remonta a un famoso artículo de 1958 de los físicos estadounidenses Arthur Schawlow y Charles Townes", dijo el profesor Wiseman, líder del proyecto y director del Centro de Dinámica Cuántica de Griffith. Cada uno de ellos ganó un premio Nobel por su trabajo con láser.

   "Demostraron teóricamente que la coherencia del rayo no puede ser mayor que el cuadrado del número de fotones almacenados en el láser", dijo. "Pero hicieron suposiciones sobre cómo se agrega energía al láser y cómo se libera para formar el rayo. Las suposiciones tenían sentido en ese momento y todavía se aplican a la mayoría de los láseres en la actualidad, pero no son requeridos por la mecánica cuántica".

   "En nuestro artículo, hemos demostrado que el verdadero límite impuesto por la mecánica cuántica es que la coherencia no puede ser mayor que la cuarta potencia del número de fotones almacenados en el láser", dijo en un comunicado el profesor asociado Dominic Berry, de la Universidad de Macquarie.

   "Cuando el número almacenado de fotones es grande, como suele ser el caso, nuestro nuevo límite superior es mucho mayor que el anterior".

   Pero, ¿se puede lograr este nuevo límite de coherencia? "Sí", dice el doctor Nariman Saadatmand, investigador del grupo del profesor Wiseman. "Mediante simulación numérica, hemos encontrado un modelo de mecánica cuántica para un láser que alcanza el límite superior teórico de coherencia, en un rayo que de otro modo sería indistinguible del de un láser convencional".

   Entonces, ¿cuándo veremos estos nuevos super-láseres? "Probablemente no por un tiempo", dice el Travis Baker, estudiante de doctorado del proyecto en la Universidad de Griffith. "Pero demostramos que sería posible construir nuestro láser verdaderamente limitado cuánticamente utilizando tecnología superconductora. Esta es la misma tecnología utilizada en las mejores computadoras cuánticas actuales, y nuestro dispositivo propuesto puede tener aplicaciones en ese campo".

   "Nuestro trabajo plantea muchas preguntas interesantes, como si podría permitir láseres de mayor eficiencia energética", dijo el profesor Wiseman. "Eso también sería un gran beneficio, por lo que esperamos poder investigar eso en el futuro".