Físicos chilenos logran enjaular la luz y controlarla: ¿cómo puede cambiar la tecnología?
© Sputnik / Carolina Trejo
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Rodrigo Vicencio lidera un equipo de físicos de la Universidad de Chile que mediante un experimento lograron capturar la luz y controlar la dirección en la que viaja. En diálogo con Sputnik, el académico habló sobre los alcances de su trabajo, la importancia de hacer ciencia libre, 100% local y de carácter público.
El Grupo de Redes Fotónicas perteneciente al Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile (FCFM) logró atrapar la luz mediante un fenómeno conocido como enjaulamiento óptico.
Además consiguieron manipular y dirigir la luz, lo que permitiría eventualmente construir y reemplazar dispositivos que actualmente funcionan con electricidad.
"Nosotros enjaulamos la luz; es decir, hacemos que la luz circule en una sección muy chiquitita del espacio y que se quede, por lo tanto, confinada ahí, mediante una técnica especial que desarrollamos en nuestro laboratorio. Nosotros fabricamos redes fotónicas en las que hacemos operaciones de atrapamiento controlado y transporte de la luz, de la energía", explica Vicencio.
Una red fotónica es "un conjunto de guías de luz que forman un arreglo ordenado. Eso todo lo hacemos en el laboratorio de óptica en la FCFM de la Universidad de Chile, y hoy en día la técnica está completamente automatizada y operativa, controlada remotamente y podemos fabricarla a voluntad en una, dos o tres dimensiones", explica el profesor.
Capturar la luz no es algo nuevo, pero sí transportarla. "Hay otros trabajos que observaban este enjaulamiento, o sea, tú tienes la luz almacenada ahí, tienes al león atrapado. Pero lo que nosotros hicimos además de eso, fue mover al león y hacerlo a voluntad. O sea, nosotros sabemos cuándo se va moviendo y se mueve de a poquito pero supercontroladamente. Entonces realmente podemos hacer control de esta luz y llevarla donde queramos", detalla.
Detalle red fotónica construida por el laboratorio de FCFM
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El físico comenta que en el instante en que fueron capaces de localizar la luz en el espacio volvió a surgir la interrogante: "Cómo llevar, de cómo transportar energía en forma compacta, que se mantenga localizada y que yo la pueda llevar a diferentes lugares de la red".
Primero, pudieron enjaular la luz modificando las propiedades de una de las redes fotónicas que construyeron y le introdujeron lo que ellos llaman "campos magnéticos efectivos, lo que permite que la luz se quede confinada en ciertas regiones y no sea capaz de salir de ahí", puntualiza el académico del FCFM.
Luego, "mediante el proceso de enjaulamiento y de replicación de la jaula, de a poquito fuimos capaces de trasladar la energía de un lugar a otro de la red fotónica", sostiene Vicencio.
Lograron que la luz circule en una sección muy pequeña del espacio y en tramos muy cortos. "Es como abrir la puerta de una jaula poniéndole una jaula simétrica al otro lado, entonces yo la dejo salir, dejo que pase a la siguiente jaula, pero la siguiente jaula al otro lado está cerrada. Entonces el león no va a poder salir, y yo cierro la jaula nuevamente y dejo atrapada la luz ahora en una nueva jaula que está corrida a la derecha o la izquierda".
De la teoría a la experimentación
Físicos chilenos logran enjaular la luz y controlarla
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Rodrigo Vicencio estudió en el colegio Santa Gema de la comuna de Ñuñoa, en la zona oriente de la capital chilena. Cuando terminó el colegio no sabía qué hacer. Primero intentó ser arquitecto; tras un mes y medio de cursar esa carrera y descubrir que no tenía talento, decidió entrar en 1997 a la licenciatura en Física.
La determinación fue clave para convertirse en doctor en Física —con estudios posdoctorales en Alemania—, y físico experimental. Y esta vez logró integrar su gusto por la geometría y el diseño en su trabajo con la luz, al crear y diseñar redes ópticas.
Como buen profesor Vicencio explica pedagógicamente que en física hay dos problemas fundamentales: "Uno es cómo transportar energía y otro, cómo almacenar energía o localizarla. Dependiendo del área en que trabaje uno busca estudiar transporte o localización".
El físico cuenta que desde hace 20 años estudian la localización de luz y su atrapamiento. "Cuando yo era estudiante de doctorado, fuimos de a poco cambiando el foco de investigación, y fuimos pasando de hacer teoría y simulaciones, a hacer teoría, simulaciones y experimentos".
"Primero hicimos experimentos con muestras que fabricaban colegas en Alemania y Escocia, y actualmente hacemos muestras en nuestro laboratorio y podemos explorar y jugar mucho más con diferentes configuraciones donde podemos localizar y guiar la luz".
Ciencia 100% chilena y libre
Trabajo con la captura de la luz en laboratorio de FCFM
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Rodrigo Vicencio confiesa que todo su equipo está muy contento, no solo porque sus miembros son todos estudiantes de la Universidad de Chile, sino porque sus experimentos son resultado de un trabajo completamente local.
"Eso es lo que nos tiene muy orgullosos a nosotros como grupo investigación, que tenemos varios resultados nuevos, y hace un año atrás apareció nuestra primera publicación con datos experimentales 100% hechos en Chile", comenta.
"Actualmente trabajamos en teoría, simulaciones, en los experimentos y la fabricación de las muestras que usamos para los experimentos en Chile, o sea es un trabajo 100% hecho en casa y que tienen un impacto a nivel mundial".
En la investigación participaron cuatro físicos: Gabriel Cáceres, tesista de magister, quien fue el encargado de establecer la teoría; Diego Guzmán, posdoctorando del grupo y quien fabricó las redes fotónicas; Ignacio Salinas, estudiante de magister, quien desarrolló la medición de dichas redes; y Rodrigo Vicencio, director del proyecto y profesor del Departamento de Física de la Universidad de Chile.
El profesor Vicencio destaca que su equipo puede fabricar redes fotónicas en forma autónoma. "Nosotros decimos: queremos hacer esto, una red arbitraria, la hacemos y la fabricamos. Y esa es la implicancia más importante que tiene como grupo de investigación, porque hacemos ciencia completamente acá y completamente libre".
28 de octubre 2020, 22:16 GMT
"Los vidrios fotónicos los recibíamos antes de colegas de Alemania y Escocia, y ahora los fabricamos acá. Fabricamos, medimos y hacemos teoría, jugamos, exploramos. Es una ciencia libre".
"Nosotros hace cinco años atrás hacíamos experimentos, pero con muestras que colegas nos enviaban, colegas extranjeros, pero siempre estás en la lista de espera. Y estamos en Chile, estamos al fin del mundo y conseguir muestras es supercomplicado, y no son siempre como uno las quiere, cada cierto tiempo, no es libre. Es como que te siguen controlando quienes tienen plata específicamente", revela el físico.
Fue tras adquirir en marzo un láser de fabricación rusa, "muy especial, que hay muy pocos en Chile", que pudieron modificar las propiedades de un vidrio en su interior y construir redes fotónicas.
Vidrio fotónico modificado con láser
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"Nosotros enfocamos este láser al interior del vidrio, y mediante ese enfocamiento, es como cuando uno agarra una lupa y con el sol quema una hoja, hacemos algo muy similar dentro del vidrio. Pero no quemamos el vidrio, sino que simplemente lo modificamos ligeramente, y con eso hacemos guías de luz dentro del vidrio, en lugares donde queramos. Nosotros cambiamos el lugar de enfoque dentro del vidrio y con eso construimos una red", específica.
Este experimento fue publicado en la prestigiosa revista Physical Review Letters. Para el director del proyecto, junto con ser un reconocimiento de su trabajo, permite mayor visibilidad por ser también "el medio de divulgación más importante que tienen los físicos".
Sin embargo, y con humildad, señala que "nuestra idea podría ser copiada o mejorada, o complementada con otras en diferentes lugares del mundo, y podría ser incorporada a muchas cosas. En protocolos, en mecanismos de información cuántica o para el manejo de información y telecomunicaciones", porque para Vicencio la física es por definición mundial.
Investigación en instituciones públicas
Laboratorio del Departamento de Física de la FCFM
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Consultado sobre la importancia que sean universidades públicas las que hagan este tipo de investigaciones y avances científicos, Rodrigo Vicencio sostiene que, junto con ser un defensor de la educación pública por excelencia, al estudiar y trabajar en la Universidad de Chile cree "fuertemente en su trascendencia en la población".
"Como institución no buscamos objetivos personales, privados, buscamos un objetivo ulterior que es público. Siempre digo a mis colegas, a mis estudiantes o a la gente que va a visitarnos al laboratorio que yo lo único que hago cuando me visitan, es mostrar lo que es de ellos. Todos los equipamientos que tengo al interior del laboratorio pertenecen al Estado, han sido financiados por dineros públicos, por proyectos de investigación públicos, y por lo tanto les pertenecen a todos los chilenos".
Para el doctor en Física el trabajo que cada uno de ellos hace en su Departamento es un bien del Estado. "Y la investigación que nosotros hacemos, por el momento, también tienen un fin de búsqueda del conocimiento. No estamos en búsqueda de un fin de lucro, de perseguir un objetivo comercial con la investigación que hacemos, sino que dé ciencia básica que busque conocimiento general. Es un sentido de trascendencia a la sociedad y eso implica una mirada de país muy diferente", remata.
El futuro de la investigación
Trabajo en laboratorio de física
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El Grupo de Redes Fotónicas está explorando distintas posibilidades a partir del enjaulamiento de luz, como una técnica muy precisa de control óptico y de información vía láser, según relata Vicencio, quien descarta que, en lo inmediato, tengan como plan crear un transistor óptico, que reemplazaría a los eléctricos.
"No tenemos como objetivo generar un transistor óptico en este momento, pero sí estudiar procesos por los cuales podría obtenerse un transistor óptico más adelante. Hay una esperanza, una promesa, de que en un tiempo cercano va a existir un computador que funcione con luz en vez de electricidad", aclara.
"El año pasado apareció un paper importante donde se lograba un primer computador cuántico y partes de ese computador cuántico que usa luz, usa electrónica, fueron desarrolladas con este tipo de redes fotónicas que nosotros hacemos, ya, con estas guías para la luz", explica Vicencio.
Actualmente, su equipo trabaja en óptica clásica, en computadores clásicos, "pero tenemos dos proyectos actualmente con gente que trabaja en óptica cuántica y que buscan usar estos dispositivos de redes fotónicas para hacer operaciones cuánticas, para hacer control de información a través de mecanismos cuánticos".
Investigaciones que también contemplan construir cosas que funcionan en la práctica cotidiana: "En el día a día, como abrir una puerta. Estamos tratando de hacer una chapa, una llave óptica en este momento, usando nuestras redes fotónicas, pero con una mirada más aplicada y operacional", concluye.
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