{"id":576338,"date":"2026-01-19T15:44:36","date_gmt":"2026-01-19T18:44:36","guid":{"rendered":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=576338"},"modified":"2026-01-19T15:44:36","modified_gmt":"2026-01-19T18:44:36","slug":"la-luz-del-sonido","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/la-luz-del-sonido\/","title":{"rendered":"La luz del sonido"},"content":{"rendered":"

Cuando un haz de luz l\u00e1ser relativamente intenso se propaga por un material, modifica ligeramente la densidad del medio f\u00edsico y genera \u00ednfimas vibraciones. Estas oscilaciones ac\u00fasticas distorsionan el material y pueden causar alteraciones en las caracter\u00edsticas originales de la luz. Dos art\u00edculos cient\u00edficos publicados recientemente, que contaron con la participaci\u00f3n de f\u00edsicos brasile\u00f1os, presentan avances experimentales en el control de las interacciones entre las ondas de luz (fotones) y las ondas ac\u00fasticas o mec\u00e1nicas (fonones) en el interior de un medio f\u00edsico, el fen\u00f3meno brevemente descrito en el pie de la imagen que aparece en la p\u00e1gina anterior.<\/p>\n

\u201cEstos trabajos muestran avances que pueden ayudar al desarrollo de dispositivos para sistemas de comunicaci\u00f3n cu\u00e1ntica\u201d, dice Gustavo Wiederhecker, del Instituto de F\u00edsica Gleb Wataghin de la Universidad de Campinas (IFGW-Unicamp), en S\u00e3o Paulo. El investigador es coautor de uno de los art\u00edculos y coordina el Programa QuTIa [Quantum Technologies InitiAtive<\/em>] en Tecnolog\u00edas Cu\u00e1nticas de la FAPESP, en cuyo marco se llevaron a cabo los estudios.<\/p>\n

El primer art\u00edculo se public\u00f3 el 15 de marzo en la revista Nature Communications<\/em>. El mismo presenta un cristal de silicio con un dise\u00f1o que tiene por objeto disipar el calor muy r\u00e1pidamente y aumentar la eficiencia del procesamiento de la informaci\u00f3n basada en c\u00fabits (bits cu\u00e1nticos). El segundo estudio, publicado en l\u00ednea el 21 de marzo en la revista Physical Review Letters<\/em>, describe una nueva estrategia para manipular la polarizaci\u00f3n de la luz, es decir, el plano (vertical u horizontal) en el que vibran sus ondas electromagn\u00e9ticas. Este \u00faltimo avance puede ser \u00fatil para producir l\u00e1seres m\u00e1s sutiles y puros, lo que, en teor\u00eda, podr\u00eda ampliar la capacidad de transmisi\u00f3n de datos en la fibra \u00f3ptica.<\/p>\n

Ambos trabajos fueron dirigidos por f\u00edsicos de la Unicamp en colaboraci\u00f3n con universidades estadounidenses. Con diferentes enfoques, estos estudios contribuyen al desarrollo de dispositivos \u00f3pticos capaces de realizar lo que se conoce como transducci\u00f3n cu\u00e1ntica a trav\u00e9s de oscilaciones ac\u00fasticas. Este proceso consiste en utilizar vibraciones mec\u00e1nicas para convertir la informaci\u00f3n cu\u00e1ntica entre dos formas de energ\u00eda, de una longitud de onda del espectro electromagn\u00e9tico a otra. Para el desarrollo de las redes cu\u00e1nticas se necesita transformar, sin que se produzca una p\u00e9rdida significativa de informaci\u00f3n, los c\u00fabits codificados en frecuencias de microondas en bits cu\u00e1nticos que operen en el espectro de la luz visible.<\/p>\n

En este punto se centran los esfuerzos del art\u00edculo publicado en Nature Communications<\/em>. El trabajo indica que la transducci\u00f3n cu\u00e1ntica puede realizarse utilizando un cristal de silicio con el que la luz puede interactuar a lo largo de un plano en dos dimensiones. Hasta ahora solamente se hab\u00edan utilizado como transductores cristales cuya estructura permite interacciones con la luz en una dimensi\u00f3n, es decir, tan solo en una direcci\u00f3n espec\u00edfica. La desventaja de estos cristales unidimensionales radica en su propensi\u00f3n al calentamiento residual. El material absorbe parte de la energ\u00eda de la luz y pierde eficiencia durante el proceso de transducci\u00f3n. \u201cEl dise\u00f1o de nuestro cristal fue pensado para \u2018conversar\u2019 con los c\u00fabits superconductores y para disipar el calor muy r\u00e1pidamente\u201d, explica Thiago Alegre, del IFGW-Unicamp, quien firma el estudio junto con Andr\u00e9 Primo, quien complet\u00f3 su doctorado bajo su direcci\u00f3n en 2024, y colegas de la Universidad Stanford, en Estados Unidos.<\/p>\n<\/div>

\n \n \n \n <\/picture>Alexandre Affonso \/ Revista Pesquisa FAPESP<\/span><\/div>
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Para contrarrestar el aumento de la temperatura, los investigadores dise\u00f1aron un cristal optomec\u00e1nico bidimensional con estructuras a las que denominaron \u201cbumeranes\u201d y \u201cdagas\u201d. Los \u201cbumeranes\u201d, situados en la parte exterior, funcionan como escudos contra las interacciones del cristal con el ambiente, evitando perturbaciones mec\u00e1nicas. Las estructuras internas denominadas \u201cdagas\u201d sirven para atrapar la luz introducida en el cristal por una fibra \u00f3ptica. Adem\u00e1s de confinar los fotones entre s\u00ed, las \u201cdagas\u201d tambi\u00e9n vibran, generando ondas ac\u00fasticas. Los fonones de esta vibraci\u00f3n interact\u00faan con los fotones entre las \u201cdagas\u201d y se acoplan a ellos. El acoplamiento cu\u00e1ntico hace que una alteraci\u00f3n en el estado de los fotones produzca un cambio casi instant\u00e1neo en los fonones y viceversa. Esto demuestra que, en el dispositivo, es posible convertir la informaci\u00f3n contenida en la luz en vibraciones ac\u00fasticas.<\/p>\n

La transmisi\u00f3n de informaci\u00f3n entre los procesadores cu\u00e1nticos normalmente tiene lugar en materiales superconductores que operan en la frecuencia de las microondas y a temperaturas extremadamente fr\u00edas, cercanas al cero absoluto, en torno a -273,15 grados Celsius (\u00baC). Una l\u00ednea de transmisi\u00f3n de microondas entre estos dispositivos deber\u00eda operar a temperaturas similares, ya que la informaci\u00f3n cu\u00e1ntica en estas frecuencias se desorganiza a temperaturas m\u00e1s altas. En la pr\u00e1ctica, la refrigeraci\u00f3n necesaria para construir redes cu\u00e1nticas m\u00e1s largas, superiores a unos pocos metros, se topa con esta limitaci\u00f3n t\u00e9rmica.<\/p>\n

La geometr\u00eda del cristal ideado por la Unicamp y sus colaboradores soluciona el problema del calentamiento residual, pero a\u00fan debe perfeccion\u00e1rselo para lidiar mejor con la tarea de convertir la informaci\u00f3n cu\u00e1ntica de una forma de energ\u00eda a otra. El control de las vibraciones ac\u00fasticas del cristal durante el proceso de conversi\u00f3n de los datos de las frecuencias de microondas a las de la luz visible a\u00fan no es \u00f3ptimo. De conseguirse alcanzar este objetivo, ser\u00e1 posible transmitir datos cu\u00e1nticos v\u00eda l\u00e1ser a lo largo de extensas redes de fibra \u00f3ptica. \u201cLa fibra \u00f3ptica es un excelente aislante t\u00e9rmico y la informaci\u00f3n transportada por la luz no se ve perturbada por las variaciones de temperatura\u201d, comenta Primo.<\/p>\n

Para el f\u00edsico Anderson Gomes, de la Universidad Federal de Pernambuco, quien no particip\u00f3 en el trabajo, el estudio tiene una gran originalidad, ya que \u201campl\u00eda las fronteras del conocimiento en materia de optomec\u00e1nica\u201d, dice. \u201cEs el primer paso para la demostrar la transducci\u00f3n mediante un cristal de silicio bidimensional\u201d.<\/p>\n

El segundo art\u00edculo se ocupa del fen\u00f3meno conocido como dispersi\u00f3n de Brillouin. Este proceso se produce cuando la luz incide sobre un sustrato y altera alguna de sus propiedades debido a la influencia de las vibraciones ac\u00fasticas del material. El resultado de esta interacci\u00f3n entre fotones y fonones es que la luz dispersada puede presentar una frecuencia (color) diferente a la de la luz incidente. En el \u00e1mbito de las comunicaciones, la manipulaci\u00f3n de este tipo de dispersi\u00f3n, propuesta en 1922 por el f\u00edsico franc\u00e9s L\u00e9on Brillouin (1889-1969), se emplea actualmente para medir la temperatura y la presi\u00f3n en las fibras \u00f3pticas.<\/p>\n

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Thiago Alegre\u2009\/\u2009UNICAMP<\/span>Imagen de una gu\u00eda de ondas creada en la Unicamp (el rect\u00e1ngulo negro) acoplada a dos fibras \u00f3pticasThiago Alegre\u2009\/\u2009UNICAMP<\/span><\/p><\/div>\n

En el art\u00edculo publicado en la revista Physical Review Letters<\/em>, los f\u00edsicos dirigieron un haz l\u00e1ser hacia gu\u00edas de onda fabricadas con niobato de litio (LiNbO\u2083), con el prop\u00f3sito de intentar cambiar su polarizaci\u00f3n, el plano en el que vibran sus ondas electromagn\u00e9ticas. Este tipo de alteraci\u00f3n puede dar lugar a l\u00e1seres m\u00e1s puros y precisos, que tienden a ser m\u00e1s eficientes en la transmisi\u00f3n de informaci\u00f3n. Las gu\u00edas de onda son unas estructuras que confinan y direccionan la propagaci\u00f3n de las ondas electromagn\u00e9ticas (generalmente l\u00e1ser) o las vibraciones mec\u00e1nicas.<\/p>\n

El niobato de litio es un material que se usa en el \u00e1mbito de las telecomunicaciones y presenta una estructura microsc\u00f3pica hexagonal, similar a la de un panal de abejas. Una de sus propiedades consiste en ser anisotr\u00f3pico: el cambio de orientaci\u00f3n de su estructura modifica su interacci\u00f3n con la luz. Las gu\u00edas de onda est\u00e1n hechas normalmente con materiales isotr\u00f3picos como el nitrato de silicio (Si3N4), que interact\u00faan de la misma manera con la radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica independientemente de la direcci\u00f3n en que se encuentran orientadas sus estructuras.<\/p>\n

Adem\u00e1s de ser anisotr\u00f3pico, el niobato de litio fue elegido para utilizarse en el experimento porque presenta otra caracter\u00edstica deseada: se trata de un material piezoel\u00e9ctrico, es decir, que produce cargas el\u00e9ctricas cuando vibra o sufre alg\u00fan tipo de estr\u00e9s mec\u00e1nico. Los experimentos realizados en el Laboratorio de Fot\u00f3nica Integrada del IFGW indican que cambiar el nivel de inclinaci\u00f3n de las gu\u00edas de onda de LiNbO3 altera la intensidad de la dispersi\u00f3n de la luz. La frecuencia electromagn\u00e9tica de las ondas dispersadas tambi\u00e9n difiere seg\u00fan el \u00e1ngulo.<\/p>\n

En las gu\u00edas de niobato de litio, la luz que interact\u00faa con las vibraciones se dispersa en polarizaci\u00f3n cruzada. Si el haz l\u00e1ser inicial tiene direcci\u00f3n horizontal, la luz reflejada por los fonones del medio f\u00edsico presenta una polarizaci\u00f3n vertical, y viceversa. \u201cEsta forma de manipular la informaci\u00f3n transmitida por la luz puede ser \u00fatil para fabricar gu\u00edas que funcionen como conversores de polarizaci\u00f3n\u201d, comenta el autor principal del estudio, el f\u00edsico Caique Rodrigues, quien complet\u00f3 su doctorado en la Unicamp a principios de 2025 bajo la direcci\u00f3n de Wiederhecker.\u00a0 Adem\u00e1s de Rodrigues, firman el trabajo Wiederhecker, Alegre, otros cuatro investigadores del grupo de \u00f3ptica de la Unicamp y colegas de la Universidad Harvard, en Estados Unidos.<\/p>\n

El f\u00edsico Cleber Mendon\u00e7a, del Instituto de F\u00edsica de S\u00e3o Carlos de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IFSC-USP), quien no particip\u00f3 en el estudio, subraya que el resultado del trabajo corrobora la posibilidad de manipular la polarizaci\u00f3n de la luz con algo similar a un interruptor \u00f3ptico. \u201cDe esta manera, ser\u00eda posible seleccionar la polarizaci\u00f3n de la luz que se propagar\u00eda o no en el interior de la fibra \u00f3ptica\u201d, afirma.<\/p>\n

Proyectos
\n1.<\/strong>\u00a0Circuitos nanofot\u00f3nicos no lineales. Bloques fundamentales para la s\u00edntesis de frecuencias \u00f3pticas, filtrado y procesamiento de se\u00f1ales (n\u00ba\u00a018\/15577-5<\/a>);\u00a0Modalidad<\/strong>\u00a0Ayuda de Investigaci\u00f3n \u2013 J\u00f3venes Investigadores \u2013 Etapa II;\u00a0Investigador responsable<\/strong>\u00a0Gustavo Silva Wiederhecker (Unicamp);\u00a0Inversi\u00f3n<\/strong>\u00a0R$ 2.638.358,71.
\n2.<\/strong>\u00a0Cavidades optomec\u00e1nicas rumbo al acoplamiento fuerte con fotones \u00fanicos (n\u00ba 18\/15580-6<\/a>);\u00a0Modalidad<\/strong>\u00a0Ayuda de Investigaci\u00f3n \u2013 J\u00f3venes Investigadores \u2013 Etapa II;\u00a0Investigador<\/strong>\u00a0Thiago Pedro Mayer Alegre (Unicamp);\u00a0Inversi\u00f3n<\/strong>\u00a0R$ 3.035.457,34.
\n3.<\/strong>\u00a0Dispositivos fot\u00f3nicos integrados (n\u00ba 18\/25339-4<\/a>);\u00a0Modalidad<\/strong>\u00a0Proyecto Tem\u00e1tico;\u00a0Investigador responsable<\/strong>\u00a0Newton Ces\u00e1rio Frateschi (Unicamp);\u00a0Inversi\u00f3n<\/strong>R$ 8.503.478,05.<\/p><\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos
\n<\/strong>RODRIGUES. C. C.\u00a0et al<\/em>.\u00a0Cross-polarized stimulated brillouin scattering in lithium niobate waveguides<\/a>.\u00a0Physical Review Letters<\/strong>. 21 mar. 2025.
\nMAYOR. F. M.\u00a0et al<\/em>.\u00a0High photon-phonon pair generation rate in a two-dimensional optomechanical crystal<\/a>.\u00a0Nature Communications<\/strong>. 15 mar. 2025.<\/p><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"El control de las interacciones entre fotones y fonones puede dar lugar a la obtenci\u00f3n de l\u00e1seres m\u00e1s precisos y facilitar el procesamiento de la informaci\u00f3n cu\u00e1ntica","protected":false},"author":630,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","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":[1647],"class_list":["post-576338","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\/576338","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\/630"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=576338"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/576338\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":576701,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/576338\/revisions\/576701"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=576338"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=576338"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=576338"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=576338"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}