En el avance hacia el microscopio cuántico, una nueva técnica ha destilado imágenes para extraer información cuántica de una fuente iluminada que contiene tanto información cuántica como clásica.

En su experimento, publicado en Science Advances, los investigadores –Hugo Defienne y Daniele Faccio de la Universidad de Glasgow– crearon una imagen final combinada de un gato «muerto» y «vivo» utilizando dos fuentes. Utilizaron una fuente cuántica activada por un láser para crear pares de fotones enredados, que iluminaron un cristal y pasaron a través de un filtro para producir una imagen infrarroja (800 nm) de un «gato muerto», o lo que ellos llaman el «gato cuántico».

Paralelamente, utilizaron una fuente clásica con un LED para producir la imagen de un «gato vivo». Luego, con una configuración óptica, superpusieron ambas imágenes y enviaron la imagen combinada a una cámara CCD especial conocida como dispositivo acoplado a carga multiplicada por electrones (EMCCD).

Con esta configuración, pudieron observar que, en principio, ambas fuentes de luz tienen el mismo espectro, intensidad media y polarización, lo que las hace indistinguibles de una sola medición de la intensidad sola. Pero, mientras que los fotones que provienen de la fuente clásica coherente (la luz LED) no están correlacionados, los fotones que provienen de la fuente cuántica (pares de fotones) están correlacionados en su posición.

Mediante el uso de un algoritmo, pudieron utilizar estas correlaciones de fotones en posición para aislar la imagen condicional donde dos fotones llegan a los píxeles vecinos de la cámara y recuperan la imagen «iluminada cuánticamente» sola. En consecuencia, la imagen clásica de «gato vivo» también se recuperó después de restar la imagen cuántica de la imagen de intensidad total directa.

Proyecto del microscopio cuántico

Defienne y Faccio socios del proyecto europeo Q-MIC, que ha reunido a un equipo internacional de investigadores con diferentes conocimientos que se han unido para desarrollar e implementar tecnologías de imágenes cuánticas para crear un microscopio cuántico mejorado que podrá ir más allá de las capacidades actuales.

Los investigadores también pudieron extraer información cuántica confiable incluso cuando la iluminación clásica era diez veces mayor. Mostraron que incluso cuando la alta iluminación clásica disminuía la calidad de la imagen, aún podían obtener una imagen nítida de la forma de la imagen cuántica.

Esta técnica abre una nueva vía para imágenes cuánticas y microscopios cuánticos mejorados que tienen como objetivo observar muestras ultrasensibles. Además, los resultados de este estudio muestran que esta técnica podría ser de suma importancia para las comunicaciones cuánticas.

La capacidad de mezclar y extraer información específica transportada por la luz cuántica y clásica podría usarse para técnicas de cifrado e información de codificación. En particular, podría usarse para ocultar o encriptar información dentro de una señal cuando se usan detectores convencionales.

Fuente: EP