Investigadores de la Universidad de Witwatersrand en Johannesburgo, Sudáfrica, han demostrado un método innovador para preservar la información cuántica transmitida a través de la luz a pesar de las interrupciones ambientales extremas causadas por el mal tiempo y la turbulencia atmosférica. Sus hallazgos, publicados en Physical Review Letters, revelan que las propiedades topológicas intrínsecas de la luz pueden mantener la integridad de los datos cuánticos incluso cuando la forma física de la luz está completamente distorsionada. El estudio aborda un desafío de larga data en la comunicación óptica: la fragilidad de la luz retorcida, que transporta grandes cantidades de información a través de su movimiento en espiral.
Conocido como momento angular orbital (OAM), esta propiedad permite que la luz codifique datos en un rango casi ilimitado de configuraciones. Sin embargo, las señales basadas en OAM han sido altamente susceptibles a la degradación al pasar a través de atmósferas turbulentas u otros medios caóticos, lo que limita su aplicación práctica en escenarios del mundo real. El equipo de investigación de Wits eludió este problema al alejarse de la estructura física de la luz y examinar una característica matemática más abstracta, la topología.
A diferencia de los enfoques convencionales que se basan en la construcción de estructuras robustas para soportar el estrés ambiental, los investigadores exploraron si el inherente y frágil giro de la luz aún podría soportar un marco topológico estable.
Andrew Forbes, jefe del Laboratorio de Luz Estructurada de la Escuela de Física de Wits, enfatizó la importancia de este descubrimiento. Señaló que incluso cuando la luz se volvió irreconocible debido a la interferencia ambiental, el número topológico, una medida clave de las propiedades del sistema, no se vio afectado. Las implicaciones de este trabajo van mucho más allá de la física teórica.
Al aprovechar la robustez topológica del entrelazamiento OAM, los investigadores creen que pueden desbloquear nuevas posibilidades para sistemas de comunicación seguros y de alta dimensión. Estos sistemas podrían potencialmente ofrecer niveles de seguridad sin precedentes contra escuchas e interferencias, lo que los hace ideales para aplicaciones que van desde comunicaciones militares hasta computación cuántica. El estudio se basa en esfuerzos anteriores para utilizar OAM para comunicación óptica avanzada, pero marca un cambio crítico en la estrategia.
En lugar de intentar proteger la delicada estructura física de la luz retorcida, el equipo de Wits ha identificado una capa más profunda de estabilidad que existe independientemente de la forma observable de la luz. Este enfoque abre la puerta al desarrollo de tecnologías de comunicación que son altamente eficientes y notablemente resistentes a los desafíos ambientales. El equipo de investigación planea explorar aún más la escalabilidad de su técnica, con el objetivo de expandir la dimensionalidad de la información codificada para una mayor seguridad y capacidad.
Su trabajo ya ha despertado el interés entre los físicos e ingenieros que trabajan en sistemas de comunicación de próxima generación, que ven aplicaciones potenciales en enlaces satelitales, fibra óptica submarina y otros entornos de transmisión desafiantes. El documento que detalla los hallazgos, titulado "Robustez topológica del entrelazamiento del momento angular orbital en canales estocásticos", ha sido enviado a Physical Review Letters y está disponible en arXiv. Representa un paso significativo hacia la realización de la promesa de redes de comunicación cuántica que pueden operar de manera confiable en condiciones diversas e impredecibles.
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Phys.orgIndependienteCentroVeracidad 75Objetividad 80ayerInvestigadores de la Universidad de Witswatersrand en Johannesburgo, Sudáfrica, han demostrado que la información cuántica codificada en luz retorcida puede permanecer intacta incluso después de pasar por condiciones atmosféricas turbulentas. Tradicionalmente, la luz retorcida, conocida por su capacidad de transportar grandes cantidades de datos, ha sido vulnerable a la distorsión causada por el clima y los factores ambientales. Sin embargo, el equipo se centró en la propiedad matemática de la topología inherente a la luz cuántica, descubriendo que las invariantes topológicas persisten a pesar de la deformación física de la luz. Este hallazgo sugiere que la comunicación cuántica podría volverse más resistente a la interferencia ambiental, lo que podría conducir a sistemas de comunicación globales más seguros y confiables.
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