es.wedoany.com Noticia: Investigadores del Departamento de Física de la Universidad de Vilna, en Lituania, han desarrollado un modelo teórico que permite "preprogramar" átomos para remodelar haces láser que portan torsión y polarización, utilizando únicamente luz. El estudio, realizado por el estudiante de maestría Dharma Prasetya Permana junto con la Dra. Mažena Mackoit-Sinkevičienė, el Dr. Julius Ruseckas y el Dr. Hamid Reza Hamedi, del Instituto de Física Teórica y Astronomía, abre nuevas vías para el control sin campos magnéticos de la luz estructurada en tecnologías cuánticas. Los resultados han sido publicados en la revista Physical Review A.
La investigación del equipo se centra en los vórtices ópticos, haces especiales cuya estructura se retuerce durante su propagación. A diferencia de los remolinos que giran en el agua, los vórtices ópticos son distorsiones en la estructura de la onda luminosa, cuyo frente de onda forma una estructura helicoidal. La intensidad de la luz en el centro del haz se reduce a cero, dejando un pequeño núcleo oscuro cuyo tamaño está determinado por una cantidad denominada carga topológica, que indica el número de vueltas completas que da el frente de onda alrededor del eje del haz. Una carga topológica de cero implica ausencia de torsión; al aumentarla, la estructura se vuelve más pronunciada, y cuanto mayor es la carga, más apretada es la torsión. En teoría, la carga topológica puede tomar cualquier valor entero, tanto positivo como negativo, lo que hace que los vórtices ópticos sean atractivos para codificar información, permitiendo crear hasta diez mil estados diferentes. Los investigadores ya han comenzado a utilizar estos vórtices de luz para construir canales avanzados de comunicación cuántica. A diferencia de los qubits, que solo poseen dos estados, los vórtices ópticos permiten codificar información en estados cuánticos de dimensiones superiores, denominados qudits, lo que aumenta enormemente la cantidad de datos que puede transportar un solo fotón.
La propagación de la luz implica dos formas de manipulación: la polarización y el vórtice. La polarización describe la dirección de vibración de la onda, mientras que el vórtice describe la forma general del haz. Cuando los científicos combinan estos dos conceptos, obtienen un vórtice vectorial, un haz que posee simultáneamente un patrón estructural y un modo de vibración. Para manipular los vórtices vectoriales y utilizarlos en el procesamiento avanzado de información, los investigadores estudiaron cómo estos haces interactúan con un gas de átomos, eligiendo un medio atómico de tres niveles. El modelo teórico desarrollado por los investigadores demuestra cómo estos átomos pueden ser "preprogramados" para modificar la forma de los vórtices vectoriales ópticos. Cuando dicha luz atraviesa el medio atómico preparado, los átomos responden de manera altamente estructurada, heredando el patrón espacial de la luz y formando regiones de fuerte absorción y zonas casi transparentes. Esto establece un mecanismo de retroalimentación entre la luz y la materia: la luz moldea la respuesta de los átomos, y la respuesta de los átomos remodela la luz. Durante la propagación, el haz se transforma, pasando de una distribución de intensidad anular simple a un patrón en forma de pétalos, donde la luz se concentra en varios lóbulos brillantes dispuestos alrededor del centro, mientras que la estructura de polarización del haz también evoluciona.
El estudio posiciona a los átomos preprogramados como una herramienta poderosa para manipular la luz, con implicaciones potenciales para la computación cuántica y la transmisión de datos de alta densidad. Anteriormente, controlar la luz estructurada de esta manera requería equipos complejos y costosos de campos magnéticos externos, lo que limitaba la integración del sistema. Este método es completamente óptico: al utilizar la propia luz para "programar" los átomos, se elimina la necesidad de campos magnéticos, ofreciendo una forma más flexible y escalable de controlar las interacciones luz-materia, sentando las bases para procesadores cuánticos más rápidos, redes de comunicación cuántica altamente seguras y sensores ópticos extremadamente precisos.
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