Logran que la luz imite un efecto cuántico premiado con el Nobel

Un grupo de investigadores de la Université de Montréal alcanzó un hito que durante mucho tiempo se consideró inalcanzable: hacer que la luz imite el famoso efecto Hall cuántico. Este efecto, descubierto en la década de 1980, ocurre cuando una corriente eléctrica fluye a través de un material en presencia de un campo magnético, generando un voltaje en dirección lateral. En el caso de la luz, los fotones lograron desplazarse de manera lateral en pasos perfectamente definidos y cuantizados, similar a lo que hacen los electrones en campos magnéticos intensos.

El efecto Hall cuántico se caracteriza por la aparición de voltajes laterales en pasos bien definidos, conocidos como "plateaus", que son independientes de la composición del material y dependen únicamente de constantes fundamentales de la naturaleza, como la carga del electrón y la constante de Planck. Este fenómeno fue reconocido con tres premios Nobel de Física, otorgados en 1985, 1998 y 2016.

Desafíos en la investigación

Hasta hace poco, el efecto Hall cuántico solo se había observado en electrones, que poseen carga eléctrica y responden a campos eléctricos y magnéticos. En cambio, los fotones, al no tener carga, no reaccionan de la misma manera, lo que complicó la recreación del efecto con luz. Sin embargo, el equipo internacional de investigadores logró demostrar un desplazamiento transversal cuantizado de la luz, un avance significativo en el campo de la metrología.

El profesor de física Philippe St-Jean, coautor del estudio, afirmó: "La luz se desplaza de manera cuantizada, siguiendo pasos universales análogos a los observados con electrones en campos magnéticos intensos". Este descubrimiento podría establecer un nuevo estándar de referencia en la metrología, permitiendo que los sistemas ópticos sirvan como referencia universal, posiblemente sustituyendo a los sistemas electrónicos actuales.

Implicaciones para la medición y estándares

El efecto Hall cuántico ya desempeña un papel central en la ciencia de la medición moderna. Según St-Jean, la definición actual del kilogramo se basa en constantes fundamentales utilizando un dispositivo electromecánico que compara corriente eléctrica con masa. La existencia de plateaus en el efecto Hall cuántico proporciona una definición idéntica de masa compartida por todos los países sin depender de artefactos físicos.

El control preciso sobre el flujo de luz podría abrir nuevas posibilidades no solo en metrología, sino también en el procesamiento de información cuántica, y contribuir al desarrollo de computadoras fotónicas más resistentes. Incluso pequeñas desviaciones de la cuantización perfecta podrían ser útiles, ya que podrían revelar perturbaciones ambientales sutiles, permitiendo la creación de sensores extremadamente sensibles.

Ingeniería del futuro de la fotónica

St-Jean destacó que observar un desplazamiento cuantizado de la luz es un desafío único, ya que los sistemas fotónicos están inherentemente fuera de equilibrio. A diferencia de los electrones, la luz requiere un control, manipulación y estabilización precisos. El logro del equipo se basó en una ingeniería experimental avanzada, lo que sugiere nuevas oportunidades para diseñar dispositivos fotónicos de próxima generación capaces de transmitir y procesar información de maneras innovadoras.