{"id":220699,"date":"2016-07-12T18:35:08","date_gmt":"2016-07-12T21:35:08","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/?p=220699"},"modified":"2016-07-19T15:34:01","modified_gmt":"2016-07-19T18:34:01","slug":"los-secretos-de-la-luz","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/los-secretos-de-la-luz\/","title":{"rendered":"Los secretos de la luz"},"content":{"rendered":"
\"

Reproducci\u00f3n<\/span> La noche estrellada<\/em> de Vincent van GoghReproducci\u00f3n<\/span><\/p><\/div>\n

El inter\u00e9s de Osvaldo Far\u00edas en el influjo de la turbulencia del aire sobre la propagaci\u00f3n de la luz lo llev\u00f3 a visitar hace algunos a\u00f1os una exposici\u00f3n en Nueva York con el cuadro La noche estrellada<\/em>, de Vincent van Gogh (1853-1890). El f\u00edsico del Centro Brasile\u00f1o de Investigaciones F\u00edsicas (CBPF), con sede en R\u00edo de Janeiro, quer\u00eda ver de cerca el famoso lienzo, objeto de estudios realizados por colegas f\u00edsicos que analizaron sus formas geom\u00e9tricas y llegaron a la conclusi\u00f3n de que los v\u00f3rtices pincelados por el pintor holand\u00e9s poseen un orden matem\u00e1tico similar al de las corrientes turbulentas de aire, del agua y de los fluidos en general. Ese paralelismo entre arte y ciencia puede evocarse para explicar un trabajo reciente del investigador.<\/p>\n

De la misma manera que es posible reconocer la luz distorsionada de las estrellas en el firmamento retratado por Van Gogh, Far\u00edas y un equipo internacional de f\u00edsicos demostraron que si se codifican cu\u00e1nticamente de la manera correcta, las informaciones transportadas por un haz de luz a trav\u00e9s de la atm\u00f3sfera turbulenta de la Tierra pueden recuperarse. El resultado de este estudio, publicado en febrero de este a\u00f1o en la revista Scientific Reports<\/em>, abre el camino hacia el desarrollo de tecnolog\u00edas de transmisi\u00f3n de mensajes confidenciales te\u00f3ricamente a prueba de espionaje, mediante el empleo de fuentes de l\u00e1ser apostadas en tierra o a bordo de barcos, aeronaves y sat\u00e9lites. \u201cNuestro experimento fue una prueba de principio\u201d, explica Far\u00edas. \u201cGeneramos y transmitimos los estados de luz necesarios como para implementar un protocolo de criptograf\u00eda cu\u00e1ntica\u201d. Actualmente existen sistemas comerciales de criptograf\u00eda cu\u00e1ntica, pero se valen de redes de fibra \u00f3ptica y no de la atm\u00f3sfera para transmitir datos.<\/p>\n

Se considera que la criptograf\u00eda cu\u00e1ntica es m\u00e1s segura que la tradicional. Resulta casi imposible leer o copiar una clave criptogr\u00e1fica transmitida a trav\u00e9s de las propiedades cu\u00e1nticas de las part\u00edculas que constituyen la luz, los fotones. A diferencia de la criptograf\u00eda cl\u00e1sica, la criptograf\u00eda cu\u00e1ntica le permite al receptor de la clave, que posteriormente se utilizar\u00e1 para decodificar un mensaje secreto, descubrir cualquier intento de interceptaci\u00f3n. Pese a la inviolabilidad te\u00f3rica, esta estrategia no se mostr\u00f3 totalmente a prueba de espionaje. En los \u00faltimos a\u00f1os, investigadores lograron violar sistemas comerciales que se valen de criptograf\u00eda cu\u00e1ntica.<\/p>\n

La informaci\u00f3n que se transmitir\u00e1 en esos mensajes puede escribirse en un c\u00f3digo binario similar al de las computadoras utilizando una propiedad cu\u00e1ntica de los fotones llamada polarizaci\u00f3n. Dicha propiedad puede ser visualizada como una flecha que apunta en un determinado sentido: hacia arriba, por ejemplo, o hacia abajo. De este modo, un fot\u00f3n con su flecha hacia arriba podr\u00eda representar a un bit de informaci\u00f3n del tipo 0, mientras que un fot\u00f3n con su flecha hacia abajo representar\u00eda a un bit tipo 1. Las leyes de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica permiten a su vez que un fot\u00f3n exhiba una superposici\u00f3n de estados. En el contexto de la criptograf\u00eda, ese fen\u00f3meno, que diferencia al mundo cl\u00e1sico del mundo cu\u00e1ntico, har\u00eda imposible que un esp\u00eda determinase qu\u00e9 estado se envi\u00f3.<\/p>\n

Sin embargo, existe un problema a la hora utilizar la polarizaci\u00f3n de los fotones de esa manera. Tanto el emisor como el receptor del mensaje deben coincidir exactamente con las definiciones de \u201chacia arriba\u201d y \u201chacia abajo\u201d. \u201cImag\u00ednese un escenario de guerra en que alguien en tierra necesita enviar un mensaje secreto a un buque en el mar\u201d, sugiere el f\u00edsico Stephen Walborn, de la Universidad Federal de R\u00edo de Janeiro (UFRJ), colaborador de Far\u00edas. \u201cEl balanceo del buque hacia la izquierda y hacia la derecha generar\u00e1 errores en la recepci\u00f3n del mensaje.\u201d<\/p>\n

\"058-059_Luz<\/a>Para evitar ese problema, Walborn y el f\u00edsico Leandro Aolita, tambi\u00e9n de la UFRJ, propusieron en 2007 una nueva manera de codificar la informaci\u00f3n cu\u00e1ntica. Se dieron cuenta de que podr\u00edan preparar dos estados distintos de fotones para representar los bits 0 y 1, cuya apariencia no cambia cuando el receptor del mensaje gira o se balancea con relaci\u00f3n al emisor. Un 0 ser\u00eda codificado por un fot\u00f3n cuya fase espacial recorre una trayectoria en espiral girando en sentido horario, en tanto que su polarizaci\u00f3n gira en la misma proporci\u00f3n en sentido antihorario. El 1 ser\u00eda codificado por un fot\u00f3n con giro de la fase y de la polarizaci\u00f3n en sentidos contrarios al 0. \u201cEsos estados no sufren cambios cuando hay rotaciones\u201d, explica Walborn.<\/p>\n

La idea sigui\u00f3 siendo una posibilidad te\u00f3rica hasta 2011, cuando Aolita y Walborn conocieron al f\u00edsico Fabio Sciarrino, de la Sapienza Universidad de Roma, Italia. El grupo de Sciarrino est\u00e1 realizando experimentos con fotones de distintos tipos de fases giratorias. Esos fotones son preparados de esa manera cuando un haz de l\u00e1ser atraviesa un filtro especial llamado q-plate<\/em>, desarrollado por el f\u00edsico Lorenzo Marrucci, de la Universidad de N\u00e1poles Federico II, tambi\u00e9n en Italia. Los investigadores decidieron colaborar en un experimento en el que se utilizar\u00edan filtros q-plate<\/em> tanto para generar los fotones propuestos por Walborn y Aolita como para detectarlos.<\/p>\n

Far\u00edas colabor\u00f3 con el experimento desarrollando un modo de simular en laboratorio el efecto que tendr\u00eda la turbulencia del aire sobre el haz de fotones transmitiendo la informaci\u00f3n cu\u00e1ntica. \u201cLa turbulencia ocasionada por fluctuaciones de temperatura y de la densidad del aire act\u00faa como una lente que distorsiona el haz de luz de manera aleatoria, como los espejismos sobre el asfalto caliente\u201d, explica Far\u00edas. \u201cConstru\u00ed una m\u00e1quina que mezcla \u2012por medio de ventiladores\u2012 el aire calentado por resistencias el\u00e9ctricas con el aire fr\u00edo del laboratorio. Cuanto mayor es la diferencia de temperatura entre el aire caliente y el fr\u00edo, mayor es el grado de turbulencia. As\u00ed, la m\u00e1quina simula el efecto de la propagaci\u00f3n de la luz por algunos kil\u00f3metros de aire.\u201d<\/p>\n

Con este experimento, los investigadores probaron que el esquema de Walborn y Aolita funciona. Verificaron que, aunque la turbulencia distorsione el haz de l\u00e1ser, el filtro q-plate<\/em> receptor logra captar fotones que preservaron su informaci\u00f3n cu\u00e1ntica. \u201cDemostramos que la informaci\u00f3n detectada es confiable\u201d, dice Far\u00edas.<\/p>\n

\u201cLa posibilidad de transmitir informaci\u00f3n cu\u00e1ntica codificada en estados que no dependan del alineamiento relativo entre el transmisor y el receptor es interesante para aplicaciones que comprendan estaciones m\u00f3viles\u201d, comenta Carlos Monken, experto en \u00f3ptica cu\u00e1ntica y turbulencia de la Universidad Federal de Minas Gerais.<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico<\/em>
\nFAR\u00cdAS, O. J. et al.<\/em> Resilience of hybrid optical angular momentum qubits to turbulence<\/a>. Scientific Reports. feb. 2015.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"La informaci\u00f3n transmitida por fotones resiste a la turbulencia del aire","protected":false},"author":14,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[304],"coauthors":[103],"class_list":["post-220699","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-fisica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/220699","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/14"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=220699"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/220699\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=220699"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=220699"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=220699"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=220699"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}