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| Laboratorio de Óptica Cuántica |
Dr. Miguel Antonio Larotonda
Jefe de la “División Óptica Cuántica”
¿A qué División pertenece y en que temática están trabajando?
La División que yo dirijo es la “División Óptica Cuántica” de CITEDEF, y es relativamente nueva ya que se creó cuando volví de hacer un Postdoc en la Universidad del Estado de Colorado (CSU) a fines del año 2006. Lo que hacemos es trabajar con luz muy poco intensa. La luz, en ese régimen permite detectar en forma individual a las partículas que la conforman, que son los fotones. Y su evolución se rige por leyes que no son las de la Física Clásica, sino que pertenecen al mundo de la Mecánica Cuántica. Esta es una teoría bastante antituitiva en general para todo el mundo; inclusive para uno que estudió esto y ya está acostumbrado a sorprenderse. El comportamiento de objetos regidos por las leyes de la cuántica en ciertas ocasiones van muy en contra del sentido común.
¿Qué diferencias hay con la Física Clásica?
Las leyes de la Física Cuántica por suerte no se manifiestan en la vida normal sino sólo en condiciones particulares recreables en el laboratorio, entonces es por eso que uno no está acostumbrado a lidiar con esas cosas todos los días. En cambio la Física Clásica es la que rige la evolución de casi todos los objetos macroscópicos, como el movimiento de un auto, o de una masa cayendo, y uno en esos casos ya sabe aproximadamente que esperar porque está acostumbrado a verlo; el cerebro humano ya está “entrenado” con ese tipo de reacciones.
¿Cómo aplican los conceptos de la Física Cuántica?
Lo que hacemos nosotros es usar esas características particulares para poder manejar información. La información en forma práctica siempre está “incrustada” o soportada en algún recurso físico. Hablando concretamente de información digital, un ejemplo de esto son pulsos eléctricos en un circuito electrónico, o pulsos de luz intensa en transmisión de información por fibra óptica.
En nuestro caso, codificamos la información en fotones individuales. Y con estos objetos inherentemente cuánticos también se puede transmitir y codificar información, pero las reglas que obedecen, como dije antes, son distintas a las de la física clásica. Entonces nosotros explotamos estas reglas particulares para realizar operaciones de procesamiento de información de otra forma. Para ciertas operaciones o procesos, un algoritmo basado en la cuántica es mucho más eficiente y rápido que el algoritmo clásico correspondiente. En particular lo que hicimos es trabajar en procesos que servirían para eventualmente caracterizar o construir una computadora basada en objetos cuánticos y que procesen la información mediante algoritmos que exploten características particulares de la cuántica (fundamentalmente la superposición de estados, la no localidad y el entrelazamiento). A tal procesador de información se lo denomina computadora cuántica.
¿Cómo se conforma el equipo de trabajo y cuál es su dinámica?
Cuando volví a la Argentina de mi estadía posdoctoral, comenzó -junto con el Dr. Alejandro Hnilo, jefe de la División Láseres Sólidos del DEILAP- una colaboración con el grupo teórico “Información Cuántica y Fundamentos”, de la Facultad de Ciencias Exactas dirigido por el Dr. Juan Pablo Paz, que es el grupo de que entre otras cosas se dedica a estudiar cómo hacer operaciones eficientes para manejar información con herramientas de la Física Cuántica. En esos estudios teóricos no se especifica que los bits cuánticos están formados por fotones, sino que trabajan más en abstracto, pero la idea fue trabajar en forma conjunta y armar un laboratorio donde se pudieran realizar experimentos de información cuántica. Es importante aclarar que cuando uno habla de información cuántica, aún no está claro cuál será el soporte físico de los bits cuánticos: fotones, electrones, átomos, moléculas, junturas Josephson o algún otro sistema cuántico. Nosotros estamos trabajando con fotones, que particularmente sí son buenos para transmitir información a distancia.
La división Óptica Cuántica se creó en el año 2007, y en ella estamos dedicados a realizar experimentos de procesamiento cuántico de la información con fotones.
En la división trabajan además el Lic. Christian Schmiegelow, que es becario tipo II del CONICET y está terminando su tesis de doctorado, codirigido por el Dr. Paz y yo, y los estudiantes de la Licenciatura en Ciencias Físicas Laura Knoll e Ignacio López, que actualmente están realizando un proyecto experimental avanzado de grado. También es de interés para nosotros la implementación de algoritmos cuánticos de aplicación práctica, como es el de la Distribución Cuántica de Claves (con aplicación a encriptación de información). Este objetivo es compartido con la división Láseres Sólidos.
Lo que hacemos básicamente es trabajar en conjunto con la Facultad a través de Proyectos de Investigación financiados que tenemos en común. Periódicamente tenemos reuniones en donde se discuten cuáles son los experimentos que se pueden hacer, cómo se pueden armar, se ven las dificultades técnicas que puedan llegar a tener y nos ponemos a trabajar. Así como también tenemos encuentros frecuentes con el objetivo de mantener un intercambio de ideas, propuestas, novedades y conocimientos concernientes a nuestro interés tecnológico y académico. Tenemos contacto con grupos de investigación internacionales del área, de los cuales aprovechamos su experiencia y capacidad en estos temas. Concretamente tenemos comunicación fluida con investigadores del Laboratorio de Óptica Cuántica de la Universidad Federal de Río de Janeiro y del Centro de Óptica y Fotónica de la Universidad de Concepción, gente de la que aprendimos mucho y ante dificultades que hemos tenido nos han aconsejado y ayudado a solucionarlas. Siempre hay un diálogo en donde se comparten experiencias y conocimientos.
¿Han realizado alguna publicación últimamente?
Sí, pero en particular quería destacar que en el mes de agosto nuestro trabajo “Selective and Efficient Quantum Process Tomography without Ancilla” (“Tomografía de Procesos Cuánticos Selectiva y Eficiente sin Ancilla”) fue publicado en la Revista “Physical Review Letters”, que es la revista de difusión de trabajos cortos y muy relevantes de la Física en general, de la American Physical Society. Es una publicación que surgió después del trabajo experimental de todo año 2010 junto al equipo de trabajo conformado por Christian Schmiegelow, Ariel Bendersky, y Juan Pablo Paz.
¿De qué trata la publicación realizada en la Revista?
Es una publicación referente al desarrollo teórico y la implementación de un método para caracterizar un proceso cuántico. Un “proceso cuántico” es un proceso (o algoritmo u operación) que actúa sobre un sistema cuántico, que puede ser, como es en este caso, un fotón.
El método es selectivo y eficiente porque permite estudiar selectivamente algunas características del proceso, y es eficiente en el sentido que uno puede definir cuál es el grado de precisión con el que se quiere medir.
¿Cuál es el objetivo del mismo?
El objetivo general es desarrollar herramientas para la eventual implementación de una computadora cuántica.
RECUADRO
Yo me gradué en la carrera de Licenciatura en Física de la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA y posteriormente realicé mi tesis de Doctorado trabajando en CITEDEF (en aquel tiempo aún CITEFA), con el Dr Hnilo trabajando en láseres pulsados. Luego fui a Estados Unidos a hacer una estadía posdoctoral trabajando en láseres de rayos x, en el grupo del Dr. Jorge Rocca en Colorado State University. Luego de tres años regresé a la Argentina a fines del 2006 con ganas de trabajar en óptica cuántica experimental. En ese momento, junto con el Dr. Hnilo generamos un vínculo importante junto al grupo QUFIBA de la Universidad de Buenos Aires, al ver la posibilidad que teníamos de trabajar juntos.
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