Muestran cómo dar forma y reconstruir armónicos cuánticos
Investigadores del ICFO han propuesto un novedoso protocolo llamado Interferometría de Attosegundos Cuánticos (AQI, por sus siglas en inglés) para ajustar y reconstruir las características cuánticas de la luz emitida mediante la generación de altos armónicos, incluso en aquellos regímenes donde los métodos convencionales presentan importantes limitaciones.
El protocolo, publicado recientemente en Reports on Progress in Physics, consiste en medir ciertas propiedades cuánticas de la luz a través de mediciones in situ de pocos attosegundos. La propuesta, por tanto, acerca todavía más dos campos entre los que cada vez hay más conexiones: la attociencia y la óptica cuántica.
La generación de altos armónicos (HHG, por sus siglas en inglés) es un fenómeno altamente no lineal en el que un sistema (por ejemplo, un átomo) absorbe muchos fotones de un láser incidente y emite un solo fotón de energía mucho más alta (que es un armónico de los fotones absorbidos). Durante mucho tiempo se pensó que este proceso solo producía luz clásica. Descubrimientos recientes, en cambio, han demostrado que también es posible producir fotones con características cuánticas, como la compresión cuántica (squeezing) y el entrelazamiento. Sin embargo, controlar y analizar estas características sigue estando lejos de ser una tarea trivial.
Investigadores del ICFO, el Dr. Javier Rivera-Dean, Lidija Petrovic, el profesor Maciej Lewenstein, y Philipp Stammer, han introducido un nuevo enfoque para controlar el estado cuántico de la luz en el proceso de generación de altos armónicos. Publicado en Reports on Progress in Physics, el esquema propuesto permite extraer y ajustar las características cuánticas de los armónicos en el régimen del ultravioleta extremo (XUV), donde los métodos convencionales alcanzan sus limitaciones.
El enfoque impulsa la generación de altos armónicos mezclando un campo láser intenso con una fuente de luz que presenta compresión cuántica (en lugar de la tradicional luz clásica). Al variar la diferencia de fase entre el láser y la fuente cuántica, los investigadores pueden moldear las características cuánticas de los armónicos emitidos. La misma técnica también se puede utilizar para reconstruir su estado cuántico (un proceso conocido como tomografía de estado cuántico), recuperando las huellas cuánticas de dichos armónicos; un enfoque que han denominado "tomografía de attosegundos cuánticos" (AQT).
Este descubrimiento podría aplicarse en escenarios donde los esquemas de tomografía convencionales fallan, como cuando los armónicos generados tienen frecuencias XUV. "Esto se debe a que, en la tomografía estándar, el experimento está limitado por la longitud de onda y la intensidad del estado a reconstruir. La longitud de onda de la luz XUV, al ser tan corta, se convierte en una gran limitación", explica Philipp Stammer, investigador principal del estudio. "En AQT no hay un límite estricto porque la reconstrucción se realiza de una manera fundamentalmente diferente, utilizando la propia dinámica no lineal de la HHG".
Este enfoque conceptualmente nuevo, que fusiona por completo la HHG con la óptica cuántica, podría ayudar a combinar la resolución temporal de attosegundos con fuentes de luz genuinamente no clásicas.
Referencia:
Javier Rivera-Dean et al 2026 Rep. Prog. Phys. 89 047901
Agradecimientos:
P S acknowledges funding from: The European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Skłodowska-Curie Grant Agreement No 847517. ICFO-QOT group acknowledges support from: European Research Council AdG NOQIA; MCIN/AEI (PGC2018- 0910.13039/501100011033, CEX2019-000910-S/10.13039/501100011033, Plan National STAMEENA PID2022-139099NB and FUNQIP PID2022-139658NB-I00, Project funded MCIN and by the ‘European Union NextGenerationEU/PRTR’ (PRTR-C17.I1), FPI); QUANTERA DYNAMITE PCI2022-132919, QuantERA II Programme co-funded by European Union’s Horizon 2020 program under Grant Agreement No 101017733; Ministry for Digital Transformation and of Civil Service of the Spanish Government through the QUANTUM ENIA Project call—Quantum Spain Project, and by the European Union through the Recovery, Transformation and Resilience Plan—NextGenerationEU within the framework of the Digital Spain 2026 Agenda; MICIU/AEI/10.13039/501100011033 and EU (PCI2025-163167); Fundació Cellex; Fundació Mir-Puig; Generalitat de Catalunya (European Social Fund FEDER and CERCA program; Barcelona Supercomputing Center MareNostrum (FI-2023-3-0024); Funded by the European Union (HORIZON-CL4-2022-QUANTUM-02-SGA, PASQuanS2.1, 101113690, EU Horizon 2020 FET-OPEN OPTOlogic, Grant Nos 899794, QU-ATTO, 101168628), EU Horizon Europe Program (No 101080086 NeQSTGrant Agreement 101080086—NeQST). J R-D acknowledges funding from UK Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) Funding, Grant UKRI2300 – Attosecond Photoelectron Imaging with Quantum Light.