Entrevistador: ¿Cómo te interesaste por la física?

LENE: Bueno, creo que mi primer interés fue, en cierto sentido, en las matemáticas que se remontan, creo, al primer grado y tuve un profesor de matemáticas excelente. Creo que tener un gran profesor que realmente te interese en un tema es súper, súper importante.

Luego, cuando entré en la universidad, terminé estudiando matemáticas y física e inicialmente en mis estudios pensé que me convertiría en matemático hasta que comencé a aprender sobre mecánica cuántica. Eso realmente cambió mi interés. Pensé que la mecánica cuántica era absolutamente fascinante.

Entrevistador: ¿Qué te pareció tan convincente de la mecánica cuántica?

LENE: Hay fenómenos muy no intuitivos en la mecánica cuántica que son como extraños. ¿Es como si la naturaleza realmente se comportara así? También estaba el interés por las matemáticas y el hecho de que se pueden usar herramientas muy matemáticas para averiguar cuáles son los niveles de energía permitidos para un electrón en un átomo de hidrógeno, por ejemplo.

Esto parece matemáticas puras. ¿Puede la naturaleza comportarse de esta manera? Esto no parece ser del todo posible, pero sin embargo hay experimentos como mirar el espectro, por ejemplo, el espectro de radiación, el tipo de luz que enviará el hidrógeno. Eso realmente parecía indicar que tenía que haber algo en estas ideas.

Así que, aunque parecía pura matemática, parecía que la naturaleza realmente se comportaba de esa manera. Y luego estaban estos fenómenos locos, no intuitivos. Sabemos que en cada punto en el tiempo una partícula tiene una precisión y una velocidad particulares, pero ahora estamos empezando a tener esta idea de que tal vez la partícula es un haz de luz tipo onda y podría estar aquí o también podría estar allí y en realidad es de ambos lugares al mismo tiempo. Eso pensé que era como, wow; eso es bastante increíble.

Entrevistador: ¿Hay una forma sencilla de explicar cómo se detiene el semáforo?

LENE: Bueno, básicamente, encuentro la luz absolutamente fascinante y no hay nada que vaya más rápido que la luz y la luz viaja casi 200,000 millas por segundo. Eso es bastante alucinante y realmente no hay nada que vaya más rápido que la luz. Si empiezas a enviar luz a través de una ventana, un pedazo de vidrio, el vidrio tiene un índice de refracción, y eso tenderá a ralentizar la luz un poco.

Toda la idea de un índice de refracción es la idea de por qué funcionan las lentes, por qué funcionan las gafas, de que tienes un índice de refracción para los materiales. En vidrio es un poco más alto de lo que es en el espacio libre, en el vacío o en el aire. Así que, básicamente, lo que sucede es que cuando enviamos luz a través de un trozo de vidrio, habrá un montón de electrones y moléculas en la composición del vidrio y lo que hace el haz de luz es que comienza a obtener estos electrones en vibraciones.

Ahora, el hecho de que estos electrones entren en vibraciones ellos mismos irradian un poco de luz porque comenzarán a actuar como pequeñas antenas. La luz que envían se sumará a la luz que envías a la ventana, de modo que el efecto principal de todo eso será que la luz se ralentiza un poco cuando atraviesa un trozo de vidrio como un 30 por ciento o algo así, no mucho.

Así que, en nuestro laboratorio empezamos a tener estas ideas que tal vez podamos empezar a conseguir luz para ir muy lento, tan lento que puedas superarlo en una bicicleta. Toda esta idea siempre me ha fascinado porque, de nuevo, no hay nada que vaya más rápido que la luz y si de alguna manera puedes controlarla, domarla, en la medida en que puedas bajarla a una escala humana para que puedas vencerla en una bicicleta, simplemente que esto es fantástico.

Entrevistador: ¿detienen la luz aumentando el índice de refracción?

LENE: Si comienzas a subir este índice de refracción cada vez más para ralentizar la luz, en el medio lo que sucederá es que reflejarás toda la luz del medio incluso antes de que entre. Lo que harás de esa manera es crear el mejor espejo del mundo. No es particularmente interesante, así que tenemos que hacer algo totalmente diferente y en realidad no creamos un índice de refracción muy grande. Que confuso para mucha gente porque creen que eso es lo que hacemos.

En el vidrio, en parte lo ralentizas un poco porque el índice de refracción es un poco más alto que en el espacio libre, y eso significa que también reflejas la luz del medio antes de que entre allí. Además de eso, también tienes absorción de luz en el medio y lo que eso significa es que la cantidad de luz que realmente entra en el medio, no la sacarás toda del otro lado porque parte de ella será absorbida, engullida, por el medio.

La forma en que se engulle es que entra en calor en el medio; calentará un poco el vaso y nunca volverá a convertir ese calor en luz. Nunca lo agregará de nuevo a su pulso de luz.

Entrevistador: Entonces, ¿cómo es posible detener el semáforo, no es una idea loca?

LENE: Sí. Eso es exactamente lo que decían mis colegas. Dijeron, ¿no estás loco? Básicamente, estoy parafraseando. La cosa es que inicialmente me moría por tener en mis manos un condensado porque este era un estado de materia totalmente nuevo que se esperaba que fuera un estado de materia súper fluido. Solo quería poner mis manos en esto; tenía curiosidad por empezar a hurgar en él y ver cómo reaccionaría. ¿Qué tipo de propiedades tiene?

Lo mejor que se me ocurrió fue enviar luz a este condensado y luz que es particularmente dramática de enviar, es decir, luz que tiene una longitud de onda o frecuencia que está sintonizada de manera muy precisa para que coincida con la frecuencia característica particular de los átomos. Una vez que obtienes esto, se llama condición de resonancia. Una vez que obtienes esa condición de resonancia, obtienes una interacción muy fuerte entre el átomo y la luz láser.

Enfriamos y creamos condensados a partir de átomos de sodio y lo que hacemos es enviar una luz láser con una longitud de onda tal que la luz es amarilla, aproximadamente 589 nanómetros, por lo que es una especie de luz amarilla como la de las farolas de sodio. Esa longitud de onda es tal que coincide con la frecuencia característica de los átomos de sodio. Así, por ejemplo, el sodio absorberá mucha luz si enviamos luz con esa frecuencia o longitud de onda en particular, de esa luz amarilla.

Por lo tanto, enviar luz resonante a un condensado es particularmente peligroso, pero también particularmente interesante porque obtendrá una interacción muy fuerte. Por ejemplo, los fotones de sodio absorberán la luz de este haz de manera muy eficiente, pero esa es exactamente la situación peligrosa en la que nos encontramos porque aquí tenemos estos átomos súper enfriados y si el átomo en esa nube de átomos absorbe un solo fotón, eso es suficiente para que, a partir de esa absorción de fotones individuales, el átomo reciba una pequeña patada y luego, básicamente, salga de la nube de átomos, del condensado, y lo perdamos. En realidad, al salir, ese átomo comenzará a chocar con los otros átomos y en realidad calentará todo y todo el condensado básicamente se evaporará.

Si comienzas a enviar la luz láser resonante a un condensado, entonces solo debes soplar el condensado. Por eso mis colegas dijeron: «Estás loco. Esto es demasiado peligroso.»La cosa es que, debido a que se obtiene esta interacción muy dramática entre los átomos y la luz láser, también se tiene una tremenda sensibilidad en términos de sondeo de estos condensados, y eso es lo que buscaba y realmente entendí esto porque es realmente una filosofía.

Si desea sondear algo, sondearlo lo más fuerte que pueda sin que se rompa por completo. Por lo tanto, no lo golpees un poco; golpéalo mucho y luego mira qué pasa.

Entrevistador: Entonces, si tus colegas no pensaban que funcionaría, ¿por qué pensaste que funcionaría?

LENE: Pensé que iba a funcionar porque si controlas los parámetros correctamente puedes usar esta interacción muy dramática para sondear las propiedades con mucha sensibilidad.

Fue en este proceso de intentar sondear condensados con este rayo láser resonante que empezamos a darnos cuenta, vaya, ¿qué pasa si no tienes uno sino dos haces láser sintonizados con precisión con las propiedades de luz exactas que entran en los ángulos rectos con las longitudes de onda correctas y todo eso? Si tienes dos de esos, esos dos juntos pueden hacer las cosas correctas a los átomos de tal manera que en realidad podrías ser capaz de reducir la velocidad de la luz a la velocidad de la bicicleta.

Quiero decir, por supuesto, una cosa es tener la idea de que algo debería funcionar, pero era una cosa totalmente diferente a hacerlo funcionar en el laboratorio. Se establece y se configura de acuerdo a lo que cree que debería funcionar, pero, wow, no acaba de funcionar como deberían. ¿Qué podría estar mal aquí?

Cuando las cosas no funcionaban, realmente tenías que pensar todo el tiempo en qué debería cambiar aquí? ¿Qué hay? Fue tan intenso. Casi me entré en la ducha con la ropa puesta, porque estábamos pensando en esto todo el tiempo.

Entrevistador: Pero no te rendiste. ¿Qué pasó después?

LENE: Luego, con el tiempo, empezamos a ver un poco de desaceleración. Por supuesto, eso es como en medio de la noche, como las 4:a las 00 de la mañana o algo así, y estás mirando debajo de tu telescopio y empezando a medir los pulsos de luz que parecen haberse ralentizado un poco. Pero luego, por supuesto, nos ponemos nerviosos. ¿Alguno de nosotros golpeó el osciloscopio con la perilla? Tal vez sea un artefacto. Por lo tanto, tuvimos que hacer un experimento de control, lo que significa que tuvimos que cargar los átomos en el sistema de nuevo y enfriarlos y formar un condensado y luego enviar otro pulso de luz y tratar de ver si se ralentizaba.

Todo ese proceso tomó aproximadamente dos minutos, pero creo que fueron los dos minutos más largos de mi vida. Luego, con el tiempo, lo medimos por segunda vez y, con seguridad, se ralentizó. Eso fue muy emocionante. Fue solo un poco de desaceleración, pero fue como «Creo que tenemos algo aquí.»Y luego era cuestión de seguir empujando y luego llegamos a la velocidad del avión y luego, esto fue en el verano del 98, y en ese momento de repente tuve que ir a Copenhague a dar una clase magistral.

No quería ir, pero había prometido dar esa clase, así que tuve que ir. Recuerdo que estaba despegando en el avión de Boston a Copenhague y siguiendo la velocidad del avión en la pantalla grande allí y pensando oh, wow; ahora vamos más rápido que mi pulso de luz en el laboratorio. Estaba calculando que si hubiera enviado un pulso de luz desde Boston en el momento en que salí en el avión, llegaría a Copenhague una hora antes de mi pulso de luz.

Así que, básicamente, estuve en Copenhague durante una semana y luego me apresuré a regresar a Cambridge para continuar con los experimentos. Luego, aproximadamente un mes o dos más tarde, comenzamos a reducir la velocidad de la luz a la velocidad de la bicicleta. Recuerdo esa noche. Eso fue, de nuevo, en medio de la noche y estabas sentado allí y eres la primera persona en la historia que está en este régimen de la naturaleza viendo que la luz va tan lenta. Fue realmente increíble y una sensación increíble y como que valió la pena todo el trabajo duro que se había hecho antes de eso.

Entrevistador: ¿Puede explicar con mayor detalle la detención de la luz en el BEC?

LENE: El semáforo vino después de la luz lenta, sí. Así que estamos ralentizando la luz en factores de 10100,000,000. No estamos hablando como el 30 por ciento en una ventana; es un factor de 10100,000,000. De 200.000 millas por segundo bajamos a 15 millas por hora y ese es el tipo de ralentización.

Lo que sucede es que, junto con la ralentización, el pulso de luz también se comprime espacialmente por el mismo factor que se ralentiza. Así que, ahora tenemos una pequeña, pequeña nube de aire frío enfriada a unas mil millonésimas de grado por encima del cero absoluto. Es muy, muy fría, y la nube es de solo 0,1 milímetros de tamaño, así que es una nube bastante pequeña que mantenemos en la cámara de vacío.

Luego enviamos el pulso de luz y el pulso de luz es de aproximadamente una milla de largo cuando comienza en el espacio libre y luego comenzamos a enviarlo a nuestra nube atómica. Lo que sucede es que el borde frontal se ralentizará porque ahora está empezando a entrar en la nube de átomos, pero el borde posterior aún está en el espacio libre, por lo que la cola está aquí, y seguirá funcionando a la velocidad normal de la luz. Por lo tanto, ahora el borde posterior comenzará a alcanzar el borde frontal para que este pulso de luz se comprima como un pequeño concierto.

Como dije, se comprime por el mismo factor que lo ralentizamos, por lo que de una milla a 0,02 milímetros es menos de medio grosor de cabello; así de pequeño es el pulso de luz. En ese punto, encaja totalmente dentro de la nube de átomos, a pesar de que la nube de átomos es más pequeña, el pulso de luz termina haciéndose aún más pequeño, por lo que cabe dentro. Si dejamos que se propague, se propagará muy, muy lentamente a velocidad de bicicleta a través de la nube de átomos y eventualmente comenzará a salir por el otro lado.

En ese punto, el pulso de luz comenzará a salir. El borde delantero despega, se acelera y el pulso de luz se estira y termina con exactamente la misma longitud con la que tenía que empezar, aproximadamente una milla. Luego eventualmente se mueve, acelera de nuevo y se mueve a la velocidad normal de la luz, pero una vez que se ralentiza, se comprime y se contiene dentro de la nube de átomos, lo que el pulso de luz realmente hace es dejar una pequeña huella, como una pequeña huella holográfica en la nube de átomos.

Por lo tanto, en realidad cambia el estado interno de los átomos en el condensado cuando forman esta huella. Esa huella sigue a lo largo de los pulsos de luz a medida que se propaga lentamente a través de la nube de átomos y ahora, cuando tenemos ganas, podemos detener completamente ese pulso de luz porque está completamente contenido en la nube de átomos y podemos detenerlo completamente, apagar el pulso de luz y luego aferrarnos a la huella holográfica. Entonces, podemos congelar esa huella dentro de la nube de átomos y luego podemos decidir volver a convertir ese holograma en luz. Revivimos el pulso de luz y lo encendemos como si nada hubiera pasado.

Entrevistador: ¿Qué es lo que motiva actualmente su investigación?

LENE: Bueno, básicamente lo que realmente motiva nuestra investigación ahora es que hemos encontrado este método por el cual podemos convertir completamente la luz en materia y volver a la luz sin pérdida de información. Por lo tanto, tenemos un pulso de luz; podemos crear una copia de materia perfecta de ese pulso de luz con exactamente las mismas propiedades y la misma forma, el mismo contenido de información, y no hay otra forma de hacerlo.

Lo que nos permite hacer ahora en el futuro es que podemos comenzar a crear lo que se llama, por ejemplo, redes cuánticas. Es una especie de analógico mecánico cuántico de la información, la comunicación óptica, la red de fibra óptica que conocemos hoy en día, donde nos encanta enviar datos en fibras ópticas, ondas de datos altas y todo eso y descargarlos en nuestras computadoras. Pero hay una forma completamente diferente de hacer eso donde podemos comenzar a enviar estados cuánticos de luz alrededor de las fibras ópticas.

Para ese propósito, la luz funciona muy bien. Puede codificar información en luz y enviarla en información óptica. Es genial para el transporte, pero el problema es que si quieres controlar la información óptica, si realmente quieres cambiar la información o quieres manipularla o quieres procesarla y quieres determinar a dónde debo dirigir esta información, todo eso requiere control de la luz y eso es el estado cuántico de la luz.

Es por eso que quieres tomar la luz y convertirla en forma de materia porque en la forma de materia puedes manipularla de manera extremadamente poderosa, lo que no puedes hacer mientras está en forma de luz. Luego, en forma de materia, puede manipularlo increíblemente poderosamente y luego, una vez que haya terminado, lo vuelve a convertir en luz y lo envía a otra fibra óptica. Así que ese tipo de posibilidades son extremadamente emocionantes y todo está abriendo todo un reino de posibilidades.

Entrevistador: Light se utiliza ahora mismo para copiar y mover datos. ¿En qué se diferenciará la manipulación mecánica cuántica de la luz de eso?

LENE: Entonces, básicamente lo que haces cuando normalmente envías pulsos de luz por una fibra óptica es que llegan a un enrutador y luego puedes convertir la información óptica en señales electrónicas. El problema es que cuando lo haces pierdes gran parte de la información. No se puede convertir toda la información que está en el pulso de luz en señales electrónicas, pero con los métodos que hemos desarrollado, se puede tomar el pulso de luz y convertir toda la información en materia.

Entonces, ¿no hay absolutamente ninguna pérdida de información? La amplitud, fase; estadística: cuántos fotones tengo en el pulso de luz y mecánicamente cuántica podría no tener un número exacto de fotones. Podría tener 1.000 y al mismo tiempo, en realidad, tengo 1.001 y 1.002 al mismo tiempo. Esa estadística, como la llamamos, se conserva cuando la convertimos en materia. Luego podemos manipularla en forma de materia y luego volver a convertirla en luz para preservar toda la información. No perdemos nada y simplemente no hay otra forma de hacerlo porque los métodos que utilizamos hoy en día pierden gran parte de la información.

Entrevistador: ¿Cuál es la diferencia en términos de escala entre su enrutador, el enrutador de condensado Bose-Einstein y un enrutador electrónico?

LENE: Se puede decir que en este momento tenemos una sala llena de ópticas y no es exactamente un sistema práctico, pero ese es el tipo de cosas que si uno se está moviendo hacia un nuevo régimen, así es como todo comienza, un gran sistema prototipo. Y, por supuesto, entonces lo que pasaría, tal vez, es que dirías, bueno, puedo usar esto para una aplicación en particular.

¿Podríamos hacer un sistema mucho más práctico que pueda hacer precisamente esto? Entonces dirías que bueno, sí, tal vez podamos. Entonces dirías en qué propiedades deberíamos centrarnos, en cuáles deberíamos optimizar. Luego tratarías de hacer un sistema práctico en torno a este conjunto de criterios de diseño. Eso podría ser algo como implementar el experimento que tenemos con pequeñas nanoestructuras como estructuras integradas de chips a temperatura ambiente. Esa es sin duda una posibilidad emocionante.

Entrevistador: ¿Así que estás tratando de calcular información sin destruir la rareza de la mecánica cuántica?

LENE: ¡Sí! Eso es correcto, exactamente. Se podría decir que estamos tratando de hacer una computadora. ¿En qué consiste una computadora? Una computadora consta de dos ingredientes principales. Tiene memoria y procesador. Así, tenemos que ser capaces de almacenar y contener la información óptica sin destruir cualquier información y, al mismo tiempo, tenemos que ser capaces de procesar y cambiar de una manera controlada.

Queremos hacer ambas cosas y con estos últimos resultados donde convertimos la luz en una copia de materia y luego podemos comenzar a cambiar la copia de materia y luego volver a convertirla en luz, podemos crear un proceso de información óptica donde no destruimos ninguna de la información cuántica en los pulsos de luz. Los preservamos en su forma de materia y luego la procesamos y luego la volvemos a convertir en luz.

Entrevistador: ¿Dónde estamos cuando se trata de condensados de Bose-Einstein y manipulación de la luz? ¿Estamos en el principio de esto?

LENE: Sí. Creo que solo hemos visto la punta del iceberg realmente porque lo que es realmente emocionante es que por primera vez tienes luz que puedes convertir en forma de materia sin pérdida de información. La luz es fantástica para codificar información y transportarla. Pero una vez que tienes la información de luz que conviertes en forma de materia, tienes métodos de procesamiento extremadamente poderosos.

Es entonces cuando puede comenzar a manipular, procesar la información y una vez que haya terminado de procesarla, la vuelve a convertir en luz. Es una configuración extremadamente potente y absolutamente única. No hay otra manera de convertir la luz en materia y volver a la luz y hacer el procesamiento intermedio y hacer todo en estados clásicos de luz, estados cuánticos de luz. Es extremadamente poderoso.

Este es un sistema totalmente nuevo donde tenemos algunos paradigmas absolutamente nuevos que podemos seguir. Estamos apenas al comienzo de ese, creo, conjunto de posibilidades muy emocionantes en esta nueva área.