Un equipo de investigación internacional del que forman parte científicos de la UAB publica una nueva revisión Fotónica de la naturaleza Examinando un campo en rápido crecimiento conocido como luz estructurada cuántica. Este enfoque está remodelando la forma en que se transmite, mide y procesa la información combinando la ciencia de la información cuántica con patrones de luz cuidadosamente diseñados en el espacio y el tiempo. El resultado son fotones que pueden transportar mucha más información de la que antes era posible.
Los investigadores describen cómo el control simultáneo de varias propiedades de la luz, incluida la polarización, el modo espacial y la frecuencia, permite crear estados cuánticos de alta dimensión. En este marco, el qubit estándar (bidimensional, con fotones en una superposición de dos estados cuánticos) es sustituido por el qubit (más de dos dimensiones). Este cambio amplía enormemente lo que pueden hacer los sistemas cuánticos y abre nuevas vías en muchas áreas de la ciencia y la tecnología.
En la comunicación cuántica, estos fotones de dimensiones superiores aumentan la seguridad al empaquetar más información en cada partícula de luz. Permiten que muchos canales de comunicación funcionen al mismo tiempo y mejoran la tolerancia a errores y ruido de fondo. Para la computación cuántica, la luz estructurada puede simplificar el diseño de circuitos y acelerar el procesamiento, al tiempo que puede crear los estados cuánticos complejos necesarios para simulaciones avanzadas.
Avances en la investigación de imágenes, sensores y materiales
La luz estructurada cuántica también está impulsando avances en imágenes y mediciones. Los investigadores apuntan a técnicas de resolución mejoradas –como el reciente desarrollo de microscopios cuánticos holográficos, con sensores altamente sensibles que se basan en correlaciones cuánticas– para permitir la obtención de imágenes de muestras biológicas finas. Más allá de estas aplicaciones, la luz estructurada se puede utilizar para simular sistemas cuánticos complejos, ayudando a los científicos a modelar cómo interactúan las moléculas en redes y potencialmente guiando el descubrimiento de nuevos materiales.
Dos décadas de rápido progreso
Según el autor correspondiente, el profesor Andrew Forbes de la Universidad de Witwatersrand en Johannesburgo, este campo ha evolucionado dramáticamente en los últimos 20 años. “La adaptación de estados cuánticos, donde la luz cuántica se adapta para un propósito específico, ha cobrado impulso últimamente y finalmente ha comenzado a mostrar todo su potencial. Hace veinte años, el conjunto de herramientas para esto estaba prácticamente vacío. Hoy tenemos fuentes de luz estructurada cuántica en chips que son compactas y eficientes y capaces de generar estados controlables”.
A pesar de este impulso, persisten desafíos. “Aunque hemos logrado avances sorprendentes, aún quedan cuestiones desafiantes”, dijo Forbes. “La distancia alcanzada con luz estructurada, tanto clásica como cuántica, sigue siendo corta, pero esta es una oportunidad que estimula la búsqueda de grados de libertad más abstractos en la absorción”.
De curiosidades científicas a herramientas prácticas
Adam Vallés, investigador del grupo de óptica del Departamento de Física de la UAB, afirma que el campo ha llegado a un momento crítico. “Estamos en un punto de inflexión: la luz estructurada cuántica ya no es sólo una curiosidad científica, sino una herramienta con potencial real para transformar las comunicaciones, la informática y el procesamiento de imágenes”. Wallace destacó el papel de la UAB como gran contribuyente a este progreso a través de su colaboración con Forbes, citando “avances de gran impacto internacional, como la teletransportación estimulada de información cuántica altamente codificada, el diseño de cavidades láser para crear estados complejos de alta pureza y el campo de criptas robustas frente a las barreras que bloquean los canales de comunicación”.
Una colaboración global apoyada por Cataluña
Artículo de revisión, presentado como artículo de portada en la edición de noviembre de 2025. Fotónica de la naturalezaRefleja una asociación de larga data entre Wallace y el grupo de investigación de luz estructurada dirigido por Forbes en la Facultad de Física de la Universidad de Witwatersrand en Johannesburgo, Sudáfrica. El trabajo también contó con el apoyo de la Academia Cuántica de Cataluña (CQA), una iniciativa colaborativa coordinada por el Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) e impulsada por la Generalitat de Cataluña, que tiene como objetivo fortalecer la educación y el desarrollo del talento en ciencia y tecnología cuánticas en toda la región.
