Investigadores italianos logran estado cuántico raro: luz ‘congelada’

En un avance asombroso para la física cuántica, un equipo de científicos italianos logró inducir un estado en el que la luz —o más precisamente, partículas híbridas de luz y materia— se comporta como un supersólido, fluyendo sin resistencia pero guardando estructura. Este hallazgo abre nuevas puertas para la computación cuántica y la manipulación avanzada de fotones.

¿Qué significa “congelar luz”?

No se trata de hacer que los fotones queden inmóviles en el sentido clásico: el experimento logra un estado cuántico llamado supersólido, en el que partículas pueden mantener una estructura ordenada típica de sólidos, pero al mismo tiempo fluir sin fricción como un superfluido. La luz no se “detiene” per se, sino que adquiere una estructura cuántica que combina rigidez y movilidad.

Cómo se hizo: polaritones y semiconductores

El experimento fue realizado por investigadores del Consejo Nacional de Investigación de Italia (CNR Nanotec) y la Universidad de Pavía. En vez de usar átomos ultrafríos, emplearon una estructura semiconductor de galio arseniuro con micro-ranuras, e inyectaron luz mediante láser para generar polaritones —cuasipartículas que combinan propiedades de fotones (luz) con excitones (estado ligado de electrón y hueco en un semiconductor). Estos polaritones pueden exhibir comportamiento colectivo, y bajo condiciones específicas —como control de densidad y confinamiento— lograron condensarse en un estado con periodicidad y flujo simultáneos.

Los autores reportan que al aumentar la densidad de polaritones, se activaron condensados satélites distribuidos en una rejilla espacial, mostrando colisiones de modos opuestos y formación de patrón cristalino. Esa organización es señal de que la luz-materia adoptó una estructura “sólida” cuántica.

Qué es un supersólido y por qué es raro

El concepto de supersólido ha sido teórico durante décadas: un estado en el que un sistema muestra orden cristalino (como un sólido) pero permite flujo sin viscosidad (como un superfluido). Hasta ahora, versiones de esto se habían observado en gases de átomos ultrafríos (condensados de Bose-Einstein) bajo confine extremo. Lo novedoso aquí es hacerlo con luz en plataforma óptica cuántica.

Un supersólido exige romper dos simetrías continuas: la invarianza de fase (como en un superfluido) y la simetría traslacional (como en un cristal). Lograrlo en sistemas atómicos ya era un reto; hacerlo con luz-materia representa un salto conceptual.

Validación experimental y desafíos

Los investigadores utilizaron técnicas como interferometría y mediciones espectrales para confirmar que la estructura espacial no se disolvía y que el sistema mantenía coherencia cuántica. Aun así, reconocen que el estado es fugaz, sensible a fluctuaciones y depende de condiciones extremadamente precisas en densidad, temperatura y confinamiento.

Además, algunos críticos subrayan que “congelar luz” es una metáfora: lo que se congela no es la luz misma, sino el patrón cuántico de polaritones.

En discusión científica se aclara que no se inmovilizan fotones, sino que se induce una fase cuántica colectiva.

Implicaciones tecnológicas: ¿por qué importa?

Este avance puede tener repercusiones decisivas en el desarrollo de computación cuántica, procesamiento óptico de información y memorias cuánticas. Un estado de luz estructurada y coherente podría actuar como soporte para qubits más estables o para interconexiones entre sistemas cuánticos. También plantea posibilidades para fotónica avanzada, sensores cuánticos y nuevos dispositivos ópticos.

Otro punto es fundamental: desafía la frontera entre luz y materia. Si podemos inducir estados cuánticos estructurados en fotones acoplados, la distinción clásica entre materia y energía se vuelve más difusa, lo que podría inspirar nuevas teorías de luz-materia.

Siguientes pasos y preguntas abiertas

Los científicos planean explorar la estabilidad del supersólido de luz, su duración, cómo escalarlo o mantenerlo a temperaturas más altas, y su integración en dispositivos reales. También deben abordar el acoplamiento con sistemas cuánticos externos, la disipación y el control de decoherencia.

Otra interrogante es si estados similares pueden existir en luz pura, sin materia, o en otros materiales fotónicos más accesibles. Si se consigue que estas fases perduren y sean manipulables, podríamos ver tecnologías cuánticas más robustas y versátiles.

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