Para muchos, la pandemia por COVID-19 representó un retroceso o estancamiento laboral, para otros, significó optimizar tiempos y tener más espacio libre para la creatividad. Esto le sucedió al doctor Roberto León Montiel, quien aprovechó el encierro para reflexionar sobre problemas sin resolver de óptica.

Así en una tarde que el doctor León Montiel platicaba con su excompañero de la maestría y amigo, el doctor Omar Magaña Loaiza, quien es el líder del Laboratorio de Fotónica Cuántica de la Universidad Estatal de Luisiana, se preguntaron si el famoso teorema de van Cittert-Zernike aplicaría también para escalas cuánticas.

Llamaron a sus colegas el doctor Chenglong You y la doctora Ashe Miller, quienes también trabajan en la Universidad Estatal de Luisiana y con quienes el doctor Roberto ya había colaborado con anterioridad e incluso en 2021 ya habían publicado un artículo en Nature Communications relacionado con el comportamiento de la luz a escalas nanométricas.

Este teorema es super famoso en el área de óptica y tiene que ver con algo que se conoce como coherencia espacial. Para entender mejor que es la coherencia espacial se podría imaginar a diferentes fuentes de luz que están distribuidas en una región del espacio y queremos saber qué tanta relación hay entre cada una de esas fuentes.

Por ejemplo, si tú ves una lámpara de las que generalmente hay en casa, sabemos que los átomos están emitiendo fotones, los cuales se están moviendo de manera aleatoria y emiten luz en un tiempo que es relativamente corto, sin embargo, no está correlacionado.

Entonces, emiten luz pero no hay una relación entre el momento en que cada uno de esos átomos emiten luz. “Podríamos imaginar que cada uno de esos fotones serían como onditas que están oscilando en diferente forma que la otra, aunque tengan la misma longitud de onda, pero a lo mejor una empezó antes, una empezó después y no están moviéndose al mismo ritmo como si fueran un ejército”, explicó el doctor Roberto León Montiel.

Si nosotros le pudiéramos decir a los átomos cuando deben emitir ese fotón que tienen como energía de excitación, entonces, se podrían ver unas ondas parejitas, eso quiere decir que hay coherencia espacial, porque en todos los puntos que veas, la onda es igualita porque se emitieron al mismo tiempo.

Justo este es el principio de lasér, por eso el láser es direccional y es coherente porque los átomos emiten de manera simultánea en diferentes regiones del espacio y eso es lo que hace la diferencia entre la luz coherente que es la del lasér y la luz incoherente o termal que hay en las lámparas que tenemos.

Para saber si hay coherencia espacial, los investigadores utilizan medidas interferométricas, es decir, que provocan interferencia entre dos regiones, al seleccionar dos regiones en el espacio y ven qué tanto se parece la luz que proviene de un punto con la luz de otro punto.

Pero, ¿cómo le hacen para saber qué tanto se parecen? Pues, hacen que interactúen y si aparece un patrón de franjas brillantes y obscuras significa que estas dos luces se conocen, que hay información que comparten, o mejor dicho, que hay interferencia

Por ejemplo, si nosotros, tomamos una doble rendija (experimento de Young) y lo iluminamos con luz incoherente que es como la que vemos en nuestras casas, lo que vamos a ver es sólo las dos rayas de luz. Pero si tú iluminas con luz láser como es coherente espacialmente, se verá el patrón de franjas brillantes y oscuras.

Pero, “si tienes luz incoherente y la alejas mucho de la pantalla o la rejilla debe haber interferencia por el simple hecho de que las ondas se están propagando a una distancia muy larga, a eso se le llama campo lejano, y va a llegar un momento en el que se sincronicen, es decir, las ondas de luz primero se emiten todas desordenadas, pero si las dejas propagarse va a llegar un punto en que se sincronizarán o mejor dicho, adquieren coherencia espacial y al adquirir coherencia espacial, aparece el patrón de interferencia”, explicó el especialista.

Por ejemplo si tenemos un mosquitero y lo iluminamos con una lámpara y poco a poco alejamos la luz, primero veremos puntitos y luego franjas, porque adquirió coherencia espacial y lo que verás será la interferencia.

Esto es interesante porque aunque no es un láser se puede ver la interferencia. Esto es lo que dice el Teorema de van Cittert-Zernike. Entonces, lo que hicieron los investigadores es preguntarse si esto mismo aplica para escalas cuánticas.

“En el artículo lo que se nos ocurrió fue decir, bueno, eso ocurre en análisis de campos clásicos, pero ¿pasará lo mismo con fotones?, es decir, ¿pasaría lo mismo con luz cuantizada?”.

Y lo que encontraron, por lo pronto de manera teórica, es que si, y eso lo reportaron en el artículo “Multiphoton quantum van Cittert-Zernike theorem”, publicado recientemente en Nature’s npj Quantum Information, cuyo factor de impacto es de 10.8.

Ahora habrá que esperar a finales de año para ver qué arrojan los estudios experimentales que realizarán el doctor Roberto León y sus colegas en la Universidad Estatal de Luisiana.