Su método provoca un «giro especular del sistema», según Lan Yang, profesora Edwin H. & Florence G. Skinner de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas y autora principal de la investigación, ahora publicada en Science Advances.
Utilizando guías de onda fotónicas simétricas en paridad-tiempo (PT), pueden manipular las ondas de luz para «invertir el tiempo», de modo que el sistema se comporte como antes, añadió Yang.
«La simetría PT permite nuevas formas de controlar la luz que son especialmente útiles para aplicaciones en comunicaciones ópticas, láseres y sensores», afirma.
Los investigadores postdoctorales Wenbo Mao y Fu Li, coautores principales del estudio, describen sus sistemas como «transmisiones reconfigurables».
Mao utiliza un polarizador óptico como analogía para explicar este sistema.
«Piense en un polarizador como una puerta ligeramente abierta: solo deja pasar la luz con una dirección de polarización específica, alineada con la rendija, mientras que la luz polarizada perpendicularmente a la rendija queda bloqueada», explica Mao.
«Ahora imagine una serie de polarizadores. El primero está alineado con la polarización inicial de la luz, mientras que cada polarizador posterior gira gradualmente hasta que el último queda completamente perpendicular a la polarización original. Si la luz encuentra primero el polarizador correctamente alineado, la rotación gradual le permite atravesar todo el sistema. Sin embargo, si la luz encuentra primero el polarizador final, que es perpendicular a su polarización, se bloquea inmediatamente».
Este efecto permite que la luz viaje a través del sistema en una sola dirección. Esta «transmisión asimétrica» es uno de los resultados clave de este trabajo, ya que puede simplificar los sistemas de telecomunicaciones.
Los sistemas de telecomunicaciones contienen componentes diseñados para garantizar que los datos fluyan en una sola dirección, por ejemplo, de un servidor a un cliente. Cuando alguien está transmitiendo una película, por ejemplo, quiere que ese flujo de datos se mueva de forma constante hacia su dispositivo; el usuario no quiere que los datos de su casa vuelvan a la fuente. La transmisión asimétrica es la forma de abordar esto.
En las comunicaciones ópticas, los aislantes se utilizan normalmente para dirigir la luz mediante la aplicación de campos magnéticos, lo que garantiza que viaje en una sola dirección y evita interferencias. El sistema demostrado en este estudio utiliza guías de onda cuidadosamente diseñadas para controlar la transmisión de la luz, lo que elimina la necesidad de componentes aislantes complejos y voluminosos y proporciona una solución más sencilla y eficiente para la propagación unidireccional de la luz.
En el trabajo, los investigadores diseñaron cuidadosamente chips fotónicos para construir un sistema periódico, denominado física no hermítica de Floquet, para imitar el efecto de los polarizadores girados descrito por Mao. El sistema permite la propagación de la luz en una sola dirección cuando experimenta transiciones de fase no hermíticas.
Li describió la luz como «un bailarín que gira en una habitación llena de trampas cuidadosamente colocadas».
Cuando el bailarín avanza (de izquierda a derecha), cada paso se guía con precisión para evitar las trampas. Sin embargo, cuando el bailarín intenta retroceder, cada paso cae directamente en una trampa, lo que impide un movimiento fluido en esa dirección. En el experimento, la luz actúa como el bailarín, mientras que las diminutas piezas de metal a lo largo de las guías de onda sirven como trampas, lo que garantiza que la luz se mueva de manera eficiente en una sola dirección.
«Nuestra estructura es muy simple, pero ofrece un gran rendimiento que puede utilizarse para reducir la interferencia entre diferentes componentes ópticos», afirmó Li, quien añadió que este mecanismo tiene aplicaciones potenciales en muchos dispositivos de telecomunicaciones.
«Simplemente ajustamos el diseño del propio dispositivo», explicó Yang. «Esto nos permite lograr de forma activa una transmisión de luz asimétrica que transportará la información en la dirección deseada».
Mao W, Li F, Zhang Q, Xu W, Masud Awan K, Yang L. Transmisión reconfigurable en chip en fotónica simétrica en tiempo y paridad de Floquet con chirp espacial. Sci. Adv. 11(2025).
DOI:10.1126/sciadv.adu4653
Este proyecto está financiado en parte por la Fundación Nacional para la Ciencia (EFMA1641109).
