Investigadores de la Universidad de Witwatersrand en Sudáfrica y la Universidad de Huzhou han descubierto estructuras topológicas ocultas en fotones entrelazados, alcanzando hasta 48 dimensiones. Estos patrones emergen del momento angular orbital de la luz producida mediante conversión paramétrica descendente espontánea. Los hallazgos, publicados en Nature Communications, sugieren nuevas formas de codificar información cuántica.
Científicos de la Universidad de Witwatersrand (Wits) en Sudáfrica, en colaboración con investigadores de la Universidad de Huzhou, han identificado estructuras topológicas previamente invisibles en fotones entrelazados generados mediante conversión paramétrica descendente espontánea (SPDC, por sus siglas en inglés), una técnica común de óptica cuántica. Estas estructuras se extienden a 48 dimensiones e incluyen más de 17,000 firmas topológicas distintas, formando un nuevo 'alfabeto' para la codificación estable de información cuántica. El descubrimiento se basa únicamente en el momento angular orbital (OAM, por sus siglas en inglés) de la luz, desafiando las suposiciones previas de que se necesitaban múltiples propiedades, como el OAM y la polarización, para dichas topologías. El profesor Andrew Forbes, de la Escuela de Física de Wits, afirmó: 'Informamos de un avance importante en este trabajo: solo necesitamos una propiedad de la luz (OAM) para crear una topología, mientras que anteriormente se asumía que se necesitarían al menos dos propiedades, generalmente OAM y polarización. La consecuencia es que, dado que el OAM es de alta dimensión, también lo es la topología, y esto nos permitió informar de las topologías más altas jamás observadas'. Más allá de dos dimensiones, estas topologías requieren un rango de valores para su descripción, a diferencia de los sistemas más simples. Pedro Ornelas señaló: 'Obtienes la topología gratis, a partir del entrelazamiento en el espacio. Siempre estuvo ahí, solo había que encontrarla'. El autor principal, el profesor Robert de Mello Koch de la Universidad de Huzhou, explicó: 'En altas dimensiones no es tan obvio dónde buscar la topología. Utilizamos nociones abstractas de la teoría cuántica de campos para predecir dónde buscar y qué buscar, ¡y lo encontramos en el experimento!'. El efecto es accesible en la mayoría de los laboratorios de óptica cuántica sin necesidad de equipo especializado. El estudio, titulado 'Revealing the topological nature of entangled orbital angular momentum states of light', aparece en Nature Communications (2025; 16(1); DOI: 10.1038/s41467-025-66066-3), con los autores Robert de Mello Koch, Pedro Ornelas, Neelan Gounden, Bo-Qiang Lu, Isaac Nape y Andrew Forbes.
