Avances en la física cuántica: científicos alemanes detienen la luz durante un minuto

¿Se imagina poder correr más rápido que la luz sin apenas esfuerzo? Es algo imposible de acuerdo con las teorías físicas de Einstein, pero totalmente viable si se viaja al lugar adecuado. Para ganar a la luz en una carrera hay que ir al número 6 de la Hochschulstrasse, en Darmstadt, Alemania. Allí, en el laboratorio de física cuántica que dirige Thomas Halfmann, se puede ganar a la luz sin siquiera echar a correr, porque está paralizada.
La semana pasada, Halfmann y el resto de su equipo en la Universidad Técnica de Darmstadt publicaron un estudio en el que describían cómo paralizar un rayo de luz durante un minuto: todo un récord mundial que casi multiplica por cuatro el anterior. El avance técnico, que se ha logrado usando rayos láser y superposición cuántica, es un importante paso hacia un nuevo sistema de comunicación basado en la luz que sería virtualmente imposible de hackear. En otras palabras, el internet ultraseguro que persiguen ejércitos, multinacionales y hasta casinos online.

Si el rayo de luz que Halfmann y su equipo han detenido hubiera seguido su marcha, habría recorrido unos 18 millones de kilómetros en un minuto, suficiente para dar 450 vueltas a la Tierra. El logro ha sido posible gracias a dos haces de luz láser, campos magnéticos y un cristal que se torna opaco o transparente cuando uno de los rayos lo atraviesa.
Los físicos creen que es posible establecer una especie de internet inhackeable que funcione con luz y en el que los mensajes vayan encriptados usando fotones. Cualquier intento de interferir en esos fotones destruiría la clave o el mensaje que transportan, lo que hace que la clave sea teóricamente inexpugnable. Pero para poder enviar mensajes con fotones a más de unos 200 kilómetros hacen falta repetidores pues si no la señal se pierde. El experimento de Halfmann, detallado en Physical Review Letters, podría servir para construir un repetidor de luz o incluso una memoria informática que la guarde.

Dos lásers y un cristal cambiante

Hasta ahora, la técnica habitual para detener la luz era usar gases muy fríos para frenarla. Las propiedades ópticas de esos gases interfieren los fotones y permiten frenar la luz, que viaja a 300.000 kilómetros por segundo en el vacío, hasta los 17 metros por segundo, tal y como demostraron en 1999 físicos de la Universidad de Harvard. Dos años después lograron detenarla por completo durante fracciones de segundo. Este mismo año, otro equipo de EEUU logró el récord al retener la luz durante 16 segundos dentro de una nube de gas a unos 273 grados bajo cero, algo que ahora ha quedado totalmente pulverizado con la Transparencia Inducida Electromagnéticamente (EIT, en inglés) usada por Halfmann.

La técnica de Halfmann consiste en disparar un primer rayo láser de control a un cristal opaco, lo que lo vuelve transparente. Después se dispara un segundo láser, que lleva un mensaje, en este caso una imagen. En ese momento se apaga el primer rayo láser y el mensaje queda encerrado en el cristal. Aplicando campos magnéticos Halfmann logra que los átomos del cristal retengan la luz durante un tiempo récord de un minuto. Después se enciende el primer láser, el cristal vuelve a tornarse transparente y la luz congelada en el tiempo vuelve a correr, transmitiendo su mensaje.
“Teóricamente no se conocen limitaciones de tiempo en el almacenamiento de luz, podría llegarse a pararla durante horas, o días”, explica Juan José García-Ripoll, investigador del Grupo de Información y Computación Cuántica de la Universidad Complutense de Madrid. De cualquier forma, el minuto logrado por Halfmann puede ser más que suficiente, explica, ya que en el futuro internet cuántico no será deseable retener los mensajes durante mucho tiempo. Sí será necesario retenerlos durante un minuto o más para poder modificarlos, es decir, escribir en ellos los mensajes o claves que se desean transmitir.
Pero antes de lograr la nueva red cuántica hay que superar otros problemas. El primero de ellos es transformar el experimento de Halfmann en un prototipo real. Para ello hay que convertir el sistema actual en uno realmente cuántico. Por ahora “no han llegado al régimen de un solo fotón que se necesita para las memorias cuánticas”, explica Raúl García-Patrón, investigador en el Instituto de Óptica Cuántica Max Planck de Alemania.
REFERENCIA
‘Stopped Light and Image Storage by Electromagnetically Induced Transparency up to the Regime of One Minute’ doi:10.1103/PhysRevLett.111.033601
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