Un equipo científico desarrolló una técnica capaz de detectar diferencias de tiempo inferiores a un picosegundo entre los distintos núcleos de una fibra óptica multinúcleo. El avance, publicado en Optics Express, podría contribuir al desarrollo de redes de telecomunicaciones de mayor capacidad y de futuras comunicaciones cuánticas.
Las fibras ópticas son la columna vertebral de Internet. A través de ellas viaja 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 cantidad de datos que circula por estas redes, también crece la necesidad de desarrollar tecnologías capaces de transportar información de manera más eficiente y precisa.
Una de las alternativas más prometedoras son las fibras ópticas multinúcleo, que incorporan varios núcleos independientes dentro de una misma fibra. Esto permite transmitir múltiples señales simultáneamente, pero también plantea nuevos desafíos: aunque los pulsos de luz comiencen su recorrido al mismo tiempo, pequeñas diferencias entre los núcleos pueden provocar 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 estas 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, en Brasil, y primera autora del estudio.
Para realizar las mediciones, el equipo utilizó la interferencia de Hong-Ou-Mandel, un fenómeno de la óptica cuántica que ocurre cuando dos fotones llegan prácticamente al mismo tiempo a un divisor de luz. Gracias a este efecto, fue posible detectar diferencias temporales inferiores a un picosegundo, 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 de alta precisión, la investigación permitió confirmar experimentalmente una idea que durante años había sido planteada principalmente 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”, explica Stephen Walborn, académico de la Universidad de Concepción e investigador del Instituto Milenio de Investigación en Óptica, quien dirigió el estudio.
El equipo midió el skew en fibras de distintas longitudes, desde 7,7 metros hasta más de un kilómetro, incluyendo 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. Los resultados permitieron confirmar experimentalmente el comportamiento esperado de estas diferencias temporales a medida que aumenta la longitud de la fibra.
La investigación se desarrolló durante 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 trabajo combinó conocimientos de óptica cuántica, fotónica, telecomunicaciones y procesamiento de datos.
Un paso hacia las redes del futuro
Aunque se trata de una investigación fundamental, sus resultados podrían tener aplicaciones relevantes para las próximas generaciones de infraestructura de comunicaciones.
Medir con alta precisión las diferencias temporales entre los distintos núcleos de una fibra podría facilitar el diseño, instalación y calibración de sistemas capaces de transportar volúmenes cada vez mayores de información.
Esta capacidad también adquiere especial relevancia frente al desarrollo de redes cuánticas, donde la sincronización entre fotones es fundamental para transmitir información cuántica, distribuir entrelazamiento y avanzar hacia sistemas de comunicación segura.
Los próximos pasos del equipo apuntan a estudiar el comportamiento de estas fibras en condiciones cada vez más cercanas a escenarios reales. Entre ellos se encuentran analizar enlaces de varios kilómetros, estudiar la influencia de factores como la temperatura y las vibraciones mecánicas, y desarrollar métodos capaces de compensar automáticamente estos pequeños desfases.
De esta manera, una medición que ocurre en una escala de tiempo prácticamente imperceptible podría convertirse en una pieza clave para comprender y mejorar las tecnologías que sostendrán las comunicaciones del futuro.
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