La luz del Sol genera entrelazamiento cuántico sin láser

Por qué se creía que la luz solar no podía funcionar

En la SPDC, un fotón de mayor energía atraviesa un cristal no lineal y puede transformarse en dos fotones de menor energía con propiedades cuánticamente correlacionadas. Los láseres son ideales para este proceso porque emiten luz con fases, direcciones y longitudes de onda muy controladas.

La luz solar, en cambio, es espacialmente difusa, espectralmente amplia y temporalmente irregular. La suposición habitual era que ese desorden destruiría las correlaciones necesarias para producir entrelazamiento.

La idea teórica que abrió la puerta

El equipo demostró que el entrelazamiento de polarización no necesita coherencia espacial ni espectral en la fuente de bombeo. La polarización describe la dirección en la que oscila el campo eléctrico de la luz.

Cuando la información cuántica se codifica en esa propiedad, el entrelazamiento puede sobrevivir a la variedad de direcciones de propagación y longitudes de onda presentes en la luz solar. Lo esencial es que se mantenga la coherencia en la orientación de oscilación de la onda luminosa .

Ese resultado permitió utilizar una fuente natural e incoherente como luz de bombeo para la SPDC, siempre que el sistema conserve la información de polarización.

Cómo concentraron la luz del Sol

La intensidad natural de la luz solar no basta para activar el proceso en un cristal de apenas unos milímetros. Para resolverlo, el equipo del MPL, dirigido por Hamed Fattahi, construyó un sistema concentrador de dos etapas:

• Una lente de Fresnel de tamaño aproximado al de una ventana, con un área de captación de alrededor de 1,4 m², recogía la luz solar.
• Un concentrador de vidrio con forma de cono comprimía aún más el haz y lo acoplaba a una fibra óptica multimodo.
• La fibra transportaba la luz concentrada hasta el pequeño cristal no lineal, donde tenía lugar la SPDC .

La configuración aumentó la irradiancia varios órdenes de magnitud y permitió realizar el experimento al aire libre.

Qué puede cambiar en la tecnología cuántica

Menor consumo energético

Los láseres empleados en muchos experimentos cuánticos requieren equipos especializados y un suministro eléctrico considerable. Una fuente impulsada por luz solar podría reducir el consumo energético de los generadores de entrelazamiento, sobre todo en instalaciones remotas o sistemas que deban funcionar durante largos periodos .

Posible uso en satélites

El espacio ofrece una fuente abundante de luz solar y no está limitado por nubes ni por la alternancia entre día y noche terrestre. En el futuro, un sistema de entrelazamiento impulsado por el Sol podría reducir el peso, la complejidad y la demanda energética de los equipos instalados en satélites.

Eso podría ser útil para enlaces de distribución cuántica de claves (QKD), una técnica que permite detectar cualquier intento de interceptar una clave criptográfica, aunque la investigación todavía no demuestra una aplicación operativa en órbita .

Los obstáculos que aún quedan

El resultado es una prueba de principio, no un dispositivo listo para desplegar. Entre las principales limitaciones están:

• Tasa de generación muy baja: el sistema produjo aproximadamente 1,5 pares entrelazados por segundo, frente a los millones de pares por segundo que pueden alcanzar algunas fuentes basadas en láser .
• Dependencia del tiempo y la hora: las pruebas se realizaron con cielo despejado y alrededor del mediodía. Las nubes, la dispersión atmosférica y la posición del Sol afectan al rendimiento .
• Óptica voluminosa: la lente de 1,4 m² y el concentrador cónico tendrían que miniaturizarse y hacerse más resistentes para su uso en el campo o el espacio.
• Aprovechamiento limitado del espectro: el cristal solo puede utilizar una fracción estrecha del espectro solar bajo sus condiciones de ajuste de fase, por lo que se desperdicia gran parte de la luz captada .
• Falta de estabilidad y eficiencia para aplicaciones reales: aún se necesita trabajo de ingeniería para mejorar el rendimiento, la estabilidad y la integración del sistema .

El hallazgo no significa que la luz solar ordinaria salga del aparato convertida en un haz de fotones entrelazados. Significa que, después de concentrarla y prepararla ópticamente, puede actuar como fuente de bombeo para generar ese estado cuántico en un cristal. Es una diferencia importante: el Sol no sustituye todavía a un sistema de laboratorio completo, pero sí cuestiona la idea de que un láser sea imprescindible.