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(Noticias de Nanowerk) La óptica, la ciencia de la luz, es una de las áreas más antiguas de la física y sigue sorprendiendo a los investigadores. Aunque la descripción clásica de la luz como un fenómeno ondulatorio rara vez se cuestiona, los orígenes físicos de algunos efectos ópticos sí lo son. Un equipo de investigadores de la Universidad de Tampere ha llevado la discusión sobre un efecto de onda fundamental, es decir, el debate sobre el comportamiento anómalo de las ondas de luz enfocadas, al dominio cuántico.
Los investigadores pudieron demostrar que las ondas cuánticas se comportan de manera significativamente diferente a sus contrapartes clásicas y pueden usarse para aumentar la precisión de las mediciones de distancia. Sus resultados también se suman a la discusión sobre el origen físico del comportamiento de enfoque anómalo.
Los resultados se publican ahora en fotónica de la naturaleza («Observación de la Fase Quantum Gouy»).
![Representación conceptual que muestra la diferencia entre un rayo láser estructurado (magenta) y un estado cuántico de luz de dos fotones enfocado en una fibra monomodo](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id61603_1.jpg)
“Curiosamente, comenzamos con una idea basada en nuestros resultados anteriores y nos dispusimos a estructurar la luz cuántica para mejorar la precisión de la medición. Pero luego nos dimos cuenta de que la física subyacente de esta aplicación también contribuye al largo debate sobre los orígenes de la anomalía de la fase de Gouy de los campos de luz enfocados”, explica Robert Fickler, líder del grupo Experimental Quantum Optics de la Universidad de Tampere.
Las ondas cuánticas se comportan de manera diferente pero apuntan al mismo origen
En las últimas décadas, los métodos para estructurar campos de luz hasta el nivel de fotones individuales han madurado y han dado lugar a un gran número de nuevos descubrimientos. Además, se logró una mejora en los fundamentos de la óptica. Sin embargo, el origen físico de por qué la luz se comporta de manera tan inesperada cuando pasa a través de un foco, la llamada anomalía de la fase de Gouy, todavía se debate a menudo. Esto es cierto a pesar de su amplio uso e importancia en los sistemas ópticos. Lo nuevo del estudio actual es que transfiere el efecto al dominio cuántico.
«Al desarrollar la teoría para describir nuestros resultados experimentales, encontramos (después de mucho debate) que la fase de Gouy para la luz cuántica no solo es diferente de la fase estándar, sino que su origen también puede vincularse a otro efecto cuántico. Esto corresponde exactamente a lo que se especuló en un trabajo anterior”, agrega el estudiante de doctorado Markus Hiekkamäki, autor principal del estudio.
En el dominio cuántico, el comportamiento anómalo se acelera en comparación con la luz clásica. Dado que el comportamiento de la fase de Gouy se puede utilizar para determinar la distancia que ha viajado un haz de luz, acelerar la fase cuántica de Gouy podría permitir una mejora en la precisión de la medición de la distancia.
Con esta nueva comprensión, los investigadores planean desarrollar técnicas novedosas para mejorar sus capacidades de medición para que sea posible medir haces más complejos de fotones estructurados. El equipo espera que esto les ayude a avanzar en la aplicación del efecto observado y, potencialmente, a descubrir más diferencias entre los campos de luz clásicos y cuánticos.
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