El estudio, publicado en Optics Express, desarrolló una técnica capaz de detectar
diferencias de tiempo con precisión inferior a un picosegundo entre los distintos núcleos de una fibra óptica multinúcleo. El avance podría contribuir al desarrollo de redes de telecomunicaciones de mayor capacidad y de las futuras comunicaciones cuánticas.
diferencias de tiempo con precisión inferior a un picosegundo entre los distintos núcleos de una fibra óptica multinúcleo. El avance podría contribuir al desarrollo de redes de telecomunicaciones de mayor capacidad y de las futuras comunicaciones cuánticas.
Las fibras ópticas son la columna vertebral de Internet. A través de ellas viaja la información en forma de pulsos de luz que permiten realizar videollamadas, enviar mensajes o acceder a plataformas digitales en cuestión de segundos. Sin embargo, a medida que aumenta la demanda por transmitir más datos, también crece la necesidad de desarrollar fibras más eficientes.
Una de las alternativas más prometedoras son las fibras ópticas multinúcleo, que en lugar de contar con un único canal para la luz incorporan varios núcleos independientes dentro de una misma fibra, permitiendo transmitir múltiples señales simultáneamente. No obstante, existe un desafío: aunque los pulsos de luz comiencen su recorrido al mismo tiempo, pequeñas diferencias entre los núcleos pueden hacer que algunos lleguen antes que otros, afectando la sincronización de la información.
Desde el laboratorio de Óptica e Información Cuántica del Instituto Milenio de Investigación en Óptica en la Universidad de Concepción, un equipo científico desarrolló un método que permite medir esas diferencias temporales con una precisión sin precedentes. Los resultados fueron publicados en la revista científica Optics Express.
“Una fibra multinúcleo puede imaginarse como una carretera con varios carriles para la luz. Aunque las señales comiencen su recorrido al mismo tiempo, pequeñas diferencias entre los núcleos pueden hacer que algunas lleguen antes que otras. Nuestro método permite medir esos desfases con una precisión extremadamente alta.», explica Leticia Lira, investigadora posdoctoral de la Universidad Federal de Goiás de Brasil y primera autora del estudio.
Para lograrlo, el equipo utilizó la interferencia de Hong-Ou-Mandel, un fenómeno cuántico que ocurre cuando dos fotones llegan prácticamente al mismo tiempo a un divisor de luz. Gracias a este efecto fue posible medir diferencias de tiempo inferiores a un picosegundo, una escala equivalente a una billonésima parte de un segundo.
La técnica alcanzó una precisión cercana a ±0,11 picosegundos, aproximadamente 180 veces superior a la de algunos métodos convencionales utilizados para caracterizar fibras de gran longitud.
Confirmando una teoría
Además de desarrollar una herramienta de medición mucho más precisa, la investigación permitió confirmar experimentalmente una idea que durante años había sido aceptada solo desde el punto de vista teórico.
“Desde hace años se asumía que el skew entre núcleos de una fibra multinúcleo (la diferencia de tiempo de propagación entre núcleos) se acumula de forma estocástica y crece como la raíz cuadrada del largo de la fibra, pero nunca se había verificado directamente porque las mediciones previas se hacían con un solo largo y las técnicas clásicas no tenían la estabilidad para comparar fibras distintas. Usando interferencia de dos fotones de Hong-Ou-Mandel medimos el skew desde unos metros hasta más de un kilómetro, incluyendo fibra instalada en terreno, y confirmamos ese escalamiento”, explica Stephen Walborn, académico de la Universidad de Concepción e investigador del Instituto Milenio de Investigador de Óptica que dirigió el estudio.
El trabajo analizó fibras de distintas longitudes, desde 7,7 metros hasta un enlace instalado de 1,3 kilómetros que conecta la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas con la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Concepción.La investigación tomó cerca de tres años e involucró el diseño del experimento, la construcción y optimización del sistema óptico, la realización de mediciones, el análisis estadístico de los datos y la elaboración del artículo científico. El equipo combinó conocimientos de óptica cuántica, fotónica, telecomunicaciones y procesamiento de datos.
Un paso hacia las redes del futuro
Aunque se trata de investigación fundamental, sus aplicaciones podrían ser muy relevantes para las próximas generaciones de infraestructura de comunicaciones.
La posibilidad de medir con tanta precisión las diferencias entre los núcleos de una fibra permitiría fabricar, instalar y calibrar con mayor exactitud las fibras ópticas que transportarán volúmenes cada vez mayores de información.
Además, esta capacidad será especialmente importante para el desarrollo de futuras redes cuánticas, donde la sincronización entre fotones resulta esencial para transmitir información cuántica, distribuir entrelazamiento y desarrollar sistemas avanzados de comunicación segura.
Los próximos pasos del equipo apuntan precisamente a acercar esta tecnología a escenarios reales. Entre ellos se encuentran estudiar el comportamiento de fibras instaladas en enlaces de varios kilómetros, analizar cómo influyen factores como la temperatura o las vibraciones mecánicas y desarrollar métodos para compensar automáticamente estos pequeños desfases, con el objetivo de implementar protocolos de comunicación cuántica que requieren una sincronización extremadamente precisa.