Centro basado en la UdeC avanza en la comprensión de las propiedades cuánticas de la luz y sus aplicaciones

Hace algunas semanas, se dieron a conocer los resultados de las evaluaciones quinquenales de centros adjudicados en 2017 en la Iniciativa Milenio de la Agencia de Investigación y Desarrollo, ANID, y una de las propuestas evaluadas positivamente es el Instituto Milenio de Investigación en Óptica, (MIRO, por su sigla en inglés), dirigido por el Dr. Aldo Delgado Hidalgo, académico del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Concepción, UdeC.

Al respecto, la Vicerrectora de Investigación y Desarrollo UdeC, Dra. Andrea Rodríguez Tastets, enfatizó que “estamos muy contentos con los comentarios de los pares evaluadores que posibilitan que el Instituto Milenio MIRO continúe por otros cinco años”.

“Claramente”, continuó la autoridad, “su trabajo de investigación es de un nivel internacional, pero además esta investigación ha derivado en innovación de base científica-tecnológica para la generación cuántica con números aleatorios. Todo esto ha sido valorado por los pares internacionales. Es un orgullo para la UdeC contar con este equipo que esperamos siga en el camino exitoso que ha tenido hasta este momento”.

El Dr. Delgado explica que el MIRO se conformó tras la primera adjudicación en 2017, pero, detalla, “ésta es la evolución de muchos proyectos e iniciativas que tuvimos anteriormente”. Explica que, en 2003, junto al también físico y actual rector de la UdeC, Dr. Carlos Saavedra Rubilar “y otros investigadores, ganamos un primer Núcleo Milenio por tres años, que fue renovado por tres más y, luego yo gané otro núcleo milenio junto con otros colegas, que también tuvo una renovación, completando 12 años de trayectoria, en los cuales se desarrollaron los laboratorios, en el área de la física cuántica y que nos permitieron tener la capacidad de poder postular al instituto, en términos de capacidad científica, capacidades experimentales, para ser competitivos en una postulación a un Instituto Milenio”.

Estos últimos cinco años han sido de alta productividad científica para el grupo de investigadores que conforman MIRO, pertenecientes, además de la UdeC, a la U. de Chile, U. de los Andes, Pontificia U. de Chile y U. de Santiago de Chile. Esto a pesar de la pausa que impuso la pandemia que aún se encuentra vigente. “Los laboratorios del instituto estuvieron cerrados, y hubo dos años aproximadamente en los cuales no hubo actividad alguna”, explica Delgado. “Entonces, debimos recurrir a hacer uso de todos los datos que se habían tomado previamente para mantener nuestra productividad científica y hemos logrado totalizar 133 artículos, de los cuales prácticamente el 80% están en revistas de cuartil 1”.

Estudiando la luz

El MIRO reúne a sus integrantes en torno a cuatro líneas de investigación. El Dr. Delgado, como científico teórico, participa en la denominada ‘Luz Cuántica’, establecida en la UdeC. “Es una línea de investigación básicamente experimental”, detalla, “en la que participan Gustavo Lima y Albert Santos más todo el grupo de investigadores jóvenes que trabajan con nosotros, los estudiantes de magíster y de doctorado”.

“Lo que hacemos”, explica, “es estudiar las propiedades cuánticas de la luz y hacer uso del dominio que alcanzamos sobre estas propiedades cuánticas para cumplir ciertas tareas útiles. El mejor ejemplo es el dominio de las comunicaciones cuánticas, en que intentamos modificar información en las propiedades cuánticas de la luz para poder después transmitir esa información a través de medios como la fibra óptica”.

Otra línea de trabajo del MIRO, se denomina ‘Nuevas fuentes de luz’, con base en la U. de Santiago de Chile. “Ellos”, explica Delgado, “están trabajando con los compuestos metalorgánicos que pueden hacer crecer desde el sustrato o estado de polvo al tamaño de un cristal 5 mm por 5 mm por 5 mm y que, al ser iluminados, son capaces de generar luz que efectivamente tiene propiedades cuánticas y que nos sirve a nosotros aquí en Concepción, entonces son dos líneas que se complementan mucho”.

“Esa línea hoy en día”, destaca el académico, “está comenzando a trabajar en super capacitores, un material capaz de almacenar una gran cantidad de energía que, luego, puede ser liberada en un tiempo extremadamente corto. Son super baterías que pueden liderar mucha energía en muy poco tiempo”.

En ‘Comunicaciones ópticas’, en tanto, desde la U. de los Andes, lo que se hace, detalla Delgado es “construir clásicos de la luz que son robustos a la turbulencia ambiental y, por lo tanto, son adecuados para transferir información a través de la atmósfera entre puntos remotos que tengan línea de vista.

En la U. de Chile, en tanto, trabajan en ‘Patrones ópticos’, lo que, explica Delgado, tiene relación con “construir sistemas a través de los cuáles se puede propagar la luz en medios estructurados, con un grado de control mucho mayor en la geometría y en las propiedades para simular sistemas físicos distintos, en ese tipo de cristal, entonces estudiando uno, se puede después efectuar ciertas observaciones con respecto a lo que sucedería en el otro sistema”.

“Y luego desde la especialidad de los sistemas complejos, trabajan con sistemas cuya dinámica es altamente no lineal, muy complicada desde el punto de vista matemático y que tiene una fenomenología es extremadamente rica y, si se varía un poquitito los parámetros de estas dinámicas o sus condiciones iniciales y lo que observas es completamente distinto”.

Proyecciones y desafíos

La interdisciplina es un desafío permanente para los científicos del MIRO y, a pesar de que, durante estos cinco años de implementación, han avanzado en ese sentido, por lo que, explica el Dr. Delgado, “éste es uno de los objetivos más importantes para los próximos cinco años: aumentar esta colaboración.

“Para esto”, reflexiona el físico, “existen dos posibilidades o mecanismos que son los más usados; uno es incluir investigadores en nuestro instituto en áreas de investigación que están entre las líneas ése es el caso, por ejemplo, de Carla Hermann, dado que ella trabaja en luz cuántica, pero tiene experiencia trabajando en los sistemas complejos, por lo que, seguramente, va a fomentar la colaboración entre dos líneas de investigación”.

“El otro criterio”, continúa Delgado, “es tener proyectos de investigación al interior del instituto, que estén bien definidos en términos colaborativos y apalancar recursos exclusivos para ese tipo de proyectos, de manera de promover las colaboraciones entre los miembros del instituto y, luego, el paso siguiente es lograr establecer colaboraciones con otros investigadores fuera del instituto”.

Para el investigador, esto responde al crecimiento natural del MIRO, “pero”, advierte, “no debe ser orgánico, sino que dirigido, tiene que ser con equilibrio porque nuestros recursos son finitos, recibimos un financiamiento del Estado y tenemos algunas fuentes de financiamiento individual, pero que cada vez los recursos se hacen más escasos, porque la competencia en Chile ha aumentado producto de que el nivel científico se ha incrementado más de lo que lo han hecho las fuentes de financiamiento”.

Tecnología que mueve las fronteras del conocimiento

Hace pocos días se dio a conocer la publicación de los resultados de un avanzado experimento realizado por investigadores del MIRO, que fueron incluidos en la prestigiosa revista Nature Physics (factor de impacto: 19.68). “Para nosotros es un hito gigantesco porque es una revista extremadamente rigurosa”, explica Delgado, “que acepta un número limitado de artículos al año y que, por lo tanto, es muy selectiva y con un factor de impacto muy grande, es decir, una de las mejores revistas que hay en el mundo en el área de la física”.

Bajo el título ‘Certification of a non-projective qudit measurement using multiport beamsplitters’, el artículo da cuenta de un experimento desarrollado por un equipo de científicos liderados por el Dr. Gustavo Lima, investigador del MIRO y académico de la UdeC, para la elaboración de un dispositivo de medición, destinado a ser un componente esencial para las futuras redes de comunicaciones basadas en tecnologías cuánticas, que permitirá mejorar la velocidad de procesamiento en el envío de información y la calidad y velocidad en procesos de generación cuántica de números aleatorios, un elemento clave para la ciberseguridad.

El Prof. Delgado explica que actualmente existe una “carrera por desarrollar tecnologías basadas en las propiedades cuánticas de los sistemas físicos, las llamadas tecnologías cuánticas. Algunos de esos ejemplos son, computación cuántica, comunicaciones cuánticas, metrología cuántica, sensamiento cuántico y muchos otros. Cada vez que se construye un equipo que aplica o hace uso de estas propiedades cuánticas, se requiere un método para determinar si se está haciendo o no uso de ellas”.

“Lo que hicimos en el artículo”, detalla, “es presentar un sistema que, más allá de toda duda, este sistema hace lo que promete de forma efectivamente cuántica. Es algo sumamente aplicable, pero que tiene detrás un desarrollo tecnológico fuerte”.