Bienvenido a la página web del Grupo Especializado de Óptica Cuántica y Óptica No Lineal (GEOCONL) de la Real Sociedad Española de Física y del Comité de Óptica Cuántica y Óptica No Lineal (QUONLOP) de la Sociedad Española de Óptica.
En esta página encontrarás información sobre los distintos grupos de investigación que trabajan en estos temas y sobre las actividades que se organizan en el campo en España. Si estás interesado en una breve introducción sobre qué son la óptica cuántica y la no lineal, sigue leyendo.
La naturaleza de la luz y los fenómenos asociados a su propagación son cuestiones que siempre han captado la atención de la humanidad. No es de extrañar que muchas de las personas que más han influido en el desarrollo del pensamiento científico como Euclides, Ibn Al-Haytham (Alhacén), Galileo, Descartes o Newton, entre muchos otros, realizasen importantes trabajos en el ámbito de la óptica. La invención del láser (Maiman, 1960) dio lugar a una revolución en la generación, manipulación y comprensión de la luz que llega hasta nuestros días y que ha permitido desarrollos científicos y tecnológicos impensables hace pocas décadas. De hecho, esta disciplina, bajo el nombre genérico de fotónica, es considerada por la Comisión Europea como una de las tecnologías clave del siglo XXI.
En este contexto, la óptica cuántica y la óptica no lineal son dos subdisciplinas interrelacionadas y fascinantes, que abarcan desde los aspectos más esenciales de los fotones individuales propagándose en el vacío, hasta los efectos colectivos a que da lugar la dinámica de haces intensos en medios complejos.
Óptica cuántica
La óptica cuántica se puede definir como la ciencia que estudia los fenómenos mecano-cuánticos en la descripción de la luz y su interacción con la materia. Aunque dicha interacción fue fundamental para el hallazgo de la teoría cuántica (radiación del cuerpo negro, efecto fotoeléctrico), durante décadas el interés se centró más en la materia que en la propia radiación. De hecho, el nacimiento de la óptica cuántica como tal puede situarse en los años 50 ó 60 cuando estudios de estadística de contaje de fotones demostraron que la luz, en sí misma, no puede ser descrita clásicamente, siendo preciso ir más allá de la óptica electromagnética de Maxwell.
A día de hoy, hay muchas líneas de investigación dentro del ámbito de la óptica cuántica en las que se está realizando un importante esfuerzo. Estas incluyen el enfriamiento de átomos con luz, la manipulación de sistemas cuánticos individuales, los condensados de Bose-Einstein, la generación y detección de fotones individuales, la generación de luz comprimida y de estados entrelazados (entangled), la codificación y manipulación de información cuántica con luz o los sistemas optomecánicos sujetos a efectos cuánticos. Entre sus aplicaciones, tal vez la más conocida sea la posibilidad de hacer medidas muy precisas del tiempo, lo que es clave por ejemplo para los sistemas de posicionamiento en tierra (GPS). En el futuro próximo, la transmisión segura de información mediante criptografía cuántica, puede tener un importante impacto en nuestra sociedad del conocimiento. Estos ejemplos son una pequeña muestra de las fascinantes posibilidades que abre la óptica cuántica para el futuro cercano.
Óptica no lineal
Cuando una onda electromagnética se propaga por un medio, el campo eléctrico de la misma ejerce una fuerza sobre los electrones, dando lugar a una polarización que, a su vez, afecta a la onda incidente. El efecto sobre la onda debido a la materia a menudo se puede modelizar mediante un índice de refracción. En muchas circunstancias, la polarización es una respuesta lineal al campo eléctrico y se cumple el principio de superposición. La óptica no lineal estudia los procesos que ocurren cuando esta linealidad deja de cumplirse. Típicamente, esto sucede para campos intensos (en torno a 10^8 V/m) y, por tanto, salvo en casos muy particulares, sólo se observa para haces láser. El campo magnético de la onda también puede producir efectos no lineales, aunque estos efectos no son tan frecuentes.
Lo notable es que esta rotura de la linealidad da lugar a una gran riqueza de nuevos efectos: se pueden generar nuevas frecuencias durante la propagación de la luz (mezcla de frecuencias, generación de armónicos, …) y el índice de refracción puede depender de la intensidad luminosa alterando notablemente la dinámica del haz (aparición de solitones, formación de patrones, …). Esto permite desarrollar toda una serie de métodos y herramientas para manipular la luz. La óptica no lineal es fundamental para generar y calibrar pulsos ultracortos y/o ultraintensos, conseguir espectros anchos (“supercontinuo”), haces a nuevas frecuencias (que pueden cubrir desde el infrarrojo hasta el ultravioleta), etc. También es importante para la óptica cuántica porque, por ejemplo, hay efectos de conversión de frecuencias que permiten generar pares de fotones entrelazados cuánticamente. La gran variedad de fenómenos y posibilidades asociados a la óptica no lineal hacen que esta sea un campo de investigación muy activo y atrayente.
Sobre GEOCONL / QUONLOP
El Grupo Especializado en Óptica Cuántica y Óptica no Lineal de la Real Sociedad Española de Física (GEOCONL), así como e Comité de Óptica Cuántica y Óptica No Lineal de la Sociedad Española de Óptica (QUONLOP), fueron fundados en 2014 con el fin de vertebrar la investigación en estos campos en nuestro país. Entre sus objetivos están el de dar a conocer la actividad en este ámbito, la formación de jóvenes investigadores y la organización de reuniones científicas que fomenten la comunicación y el intercambio entre los diferentes grupos interesados, incluyendo el habitual simposio en las Reuniones Bienales de la RSEF y en las Reuniones Nacionales de Óptica de SEDOPTICA.
La óptica cuántica y la óptica no lineal tienen conexiones interdisciplinares con muchos ámbitos de la física y la tecnología. Muy en particular, nuestro campo está relacionado con el de otros dos grupos especializados de la RSEF: el Grupo Especializado de Información Cuántica (GEIC) y el Grupo Especializado de Láseres Ultrarrápidos (GELUR).