Hacia la información cuántica

El Premio Nobel de Física 2005 reconoce la importancia e implicaciones de trabajos sobre el carácter cuántico de la luz. La elección parece especialmente adecuada para éste año que ha sido reconocido como el Año Mundial de la Física por cumplirse el centenario del año en que Einstein publicó varios de sus trabajos esenciales. Uno de ellos introducía la teoría especial de la relatividad en la que la luz juega un papel esencial, mientras otro describía la luz como formada por paquetes individuales llamados fotones. Es éste carácter de paquetes individuales, o cuantos, el que los galardonados Glauber, Hall y Hänsch han analizado y explotado realizando investigaciones clave en el campo de la óptica cuántica.

Glauber recibe el Nobel por haber desarrollado una teoría microscópica de lo que se entiende por coherencia de la luz. Es ésta una propiedad de ciertos sistemas luminosos como el láser que, esencialmente, consiste en una extraordinaria pureza de ésa luz, lo que permite su utilización en procesos que requieren una altísima precisión. La coherencia permite obtener interferencias muy precisas entre haces de luz provenientes de diferentes focos. Esto significa un gran avance respecto de la utilización de focos de luz clásicos, como una bombilla, que emite luz con diferentes longitudes de onda y fases aleatorias. La teoría de Glauber consiste en la utilización de un formalismo de electrodinámica cuántica para describir el proceso de detección de fotones, con todo lo que ello implica en cuanto a la indeterminación intrínseca de un fenómeno puramente cuántico.

La aportación de Glauber tiene sobre todo un carácter de investigación básica, mientras que las de Hall y Hänsch, aún siendo igualmente fundamentales, tienen mayores consecuencias prácticas. Hall y Hänsch desarrollaron nuevas técnicas usando láseres en medidas de muy alta precisión. Pueden así medirse magnitudes físicas con fiabilidad de hasta 18 cifras significativas, lo cual tiene implicaciones en ciencia básica y en aplicaciones prácticas. Desde un punto de vista básico, pueden realizarse medidas detalladas de efectos de la relatividad general, de asimetrías materia-antimateria, de posibles variaciones de constantes fundamentales, y muchas otras. En cuanto a lo que hoy ya son aplicaciones cotidianas, está la alta precisión de sistemas de posicionamiento global (GPS), la mejora de los relojes atómicos o la navegación espacial.

Además, la teoría de Glauber y las técnicas experimentales de Hall y Hänsch están en el origen de una futura panacea: la información cuántica. De ella podemos esperar toda una revolución en la tecnología de la información basada en las propiedades cuánticas de la luz.

Carlos Tejedor es profesor del Departamento de Física Teórica de la Materia Condensada (Universidad Autónoma de Madrid).