Oficina de Vinculación

El Dr. Héctor Moya publica junto con colegas de Alemania y Estados Unidos artículo en Nature Photonics sobre la generación cuántica de números aleatorios

Santa María Tonantzintla, a 20 de noviembre.- Una investigación publicada recientemente en la revista Nature Photonics en la cual participó el Dr. Héctor Moya Cessa, científico del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), reporta la generación de estados W para producir cuánticamente números aleatorios. Estos números tienen aplicaciones en la ciencia, la ingeniería y los sistemas bancarios de seguridad.              

El artículo "On-chip generation of high-order single-photon W-states" fue publicado por Nature Photonics el pasado 31 de agosto. Los autores son: Markuz Gräfe, René Hailmann, Armando Pérez Leija, Robert Keil, Felix Dreisow, Matthias Heinrich, Stefan Nolte y Alexander Szameit, del Instituto de Física Aplicada perteneciente al Centro Abbe de Fotónica de la Universidad Friedrich de Jena en Turingia, Alemania; Héctor Moya, del INAOE, y Demetrios N. Christodoulides, del College of Optics and Photonics (CREOL) de la Universidad Central de Florida.

El artículo del equipo de científicos se encuentra entre los más leídos de la prestigiada revista Nature Photonics. Foto: archivo INAOE.

De acuerdo con el resumen del artículo, el cual se encontró entre los más leídos de Nature Photonics durante los primeros dos meses después de su publicación, "la superposición cuántica es la propiedad mecánico-cuántica que tiene una partícula para estar en distintos estados cuánticos al mismo tiempo. Esta coexistencia de estados cuánticos puede ser utilizada para explotar la capacidad de información en un sistema físico asociado. En óptica cuántica los fotones individuales son los cuantos de luz y sus propiedades les permiten estar superpuestos de manera enredada entre muchos canales, lo que los hace favorables para obtener esquemas de procesamiento de información cuántica. En particular, los fotones en un estado W representan una clase de estados cuánticos máximamente enredados altamente robustos ante el decaimiento. En el artículo se reportan la generación y verificación de estados W de un fotón individual en 16 modos espaciales y se explota su superposición multi-modal para la generación en chips de números aleatorios genuinos".  

En entrevista, el Dr. Héctor Moya Cessa comenta que los estados W en mecánica cuántica se obtienen en la interacción de muchos subsistemas: "El estado final del sistema va a ser un estado que se llama en inglés entangled, es decir, enredado. Esto quiere decir que si yo le hago algo a un subsistema, voy a afectar a los otros sin interactuar físicamente con ellos. En esta investigación hablamos de la generación de estados W. Si yo meto un fotón en un sistema de 16 subsistemas (modos), ese fotón en principio se va a distribuir de una manera no uniforme entre los mismos, y uno va a tener más probabilidades de tener el fotón en un modo que en los otros. Lo que hicimos fue generar un dispositivo que permite la distribución uniforme de este fotón en los 16 modos. Esto quiere decir que eventualmente yo puedo medir el fotón en el modo 16 y no en los otros, o en el 15 y de nuevo no en los otros, etc. Eventualmente no sabré en dónde está el fotón, y puedo generar un sistema cuántico de números aleatorios".  

El investigador agregó que este tipo de investigación es tanto teórica como experimental y que tiene muchas aplicaciones: "De hecho, uno puede comprar actualmente en Suiza un generador cuántico de números aleatorios, que utilizan mucho los bancos para encriptar información".

Cuando se le interroga acerca de lo que es la óptica cuántica, el Dr. Moya no duda en afirmar que es algo muy sencillo: "Es simple: cuando compras un litro de leche te dicen que tiene determinada cantidad de vitaminas, y te lo pueden decir porque hacen un análisis espectroscópico de la leche. En este análisis la luz interactúa con los átomos (de la leche), y ésta absorbe más o menos luz en ciertas frecuencias (colores) lo que nos da información sobre qué tanta vitamina se le ha agregado. Hay una estructura cuántica, que son los átomos en la leche, la luz interactúa con ella y eventualmente el análisis arrojará un resultado de absorción o de emisión y eso te permite saber cuánta vitamina y de qué clase tiene la leche. La óptica cuántica es la interacción de la luz con la materia y, si vamos un pasito más adelante, esa luz puede tener estructura cuántica: así como los átomos tienen una estructura cuántica, la luz también. Cuando tienes muy poca luz estás hablando de fotones, y los fotones son partículas de luz".  

Concluyó que el grupo de investigadores sigue trabajando en el tema, específicamente en transformadas de Fourier en este tipo de sistemas.  

El Dr. Héctor Moya Cessa realizó sus estudios de licenciatura en la Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa, los de maestría en el Centro de Investigaciones en Óptica en León, Guanajuato, y los de doctorado en el Imperial College of Science, Technology and Medicine en la Universidad de Londres. Ha realizado tres años sabáticos: en la Universidad de Camerino (Italia, 1999), en la Universidad de Ulm (Alemania, 2005-2006) y en la Universidad de Florida Central (Estados Unidos, 2012-2013). Desde 2013 es Faculty Graduate Scholar de la Universidad de Florida Central y desde 2001 Asociado Regular del International Centre for Theoretical Physics. Obtuvo premios de la International Commission for Optics-International Centre for Theoretical Physics (Trieste, Italia), de la Academia Mexicana de Ciencias (para científicos menores de 40 años en el área de ciencias exactas) y el Premio Estatal de Ciencias en la categoría de ciencias exactas.. Es miembro de la Alexander von Humboldt Foundation. Ha graduado 11 estudiantes de doctorado y 10 de maestría. Tiene un gran número de conferencias invitadas internacionales y más de 120 artículos en revistas internacionales.