Olvidar una contraseña es una molestia universal. Y no importa cuántas veces se intente crear una que sea fácil de recordar y difícil de descifrar: los sistemas tradicionales de seguridad siguen siendo vulnerables. Cada año, millones de personas sufren robos de identidad y filtraciones de datos. En este contexto, no es de extrañar que científicos de todo el mundo estén explorando tecnologías cuánticas para proteger la información de forma radicalmente distinta.
Un reciente estudio publicado en Science Advances por investigadores de la Universidad de Kioto propone una alternativa revolucionaria: una fuente de luz cuántica controlada con imanes, capaz de emitir fotones únicos. El hallazgo no solo mejora la eficiencia de estas emisiones, sino que también sugiere un posible reemplazo para las contraseñas tradicionales. ¿Cómo? Con un sistema que, literalmente, emite una partícula de luz a la vez, de manera que ningún intruso pueda copiar, interceptar o duplicar la señal.
La luz cuántica que emite un solo fotón a la vez
La comunicación cuántica utiliza las propiedades fundamentales de la mecánica cuántica para transmitir información. Una de sus piezas clave es el emisor de fotones individuales, un dispositivo capaz de generar un solo fotón por evento. Este tipo de luz no se puede clonar ni interceptar sin ser detectada, lo que la convierte en una herramienta ideal para sistemas de seguridad avanzados.
En el nuevo estudio, el equipo japonés utilizó un material conocido como diseleniuro de tungsteno en forma de monocapa. Se trata de un semiconductor bidimensional con solo unos átomos de espesor. Tras introducir defectos de forma controlada, los investigadores observaron que estos defectos actuaban como trampas para los exitones, que son pares formados por un electrón y un hueco (la ausencia de un electrón).
Gracias a esta trampa localizada, se producía una emisión de luz extremadamente precisa. De hecho, el artículo confirma que la emisión presentaba un fenómeno de antibunching: “el valor de g²(0) se redujo a aproximadamente 0,3, lo que revela el carácter de antibunching en la emisión de fotones desde un solo estado cuántico”. Esto significa que los fotones eran emitidos uno por uno, una condición esencial para cualquier sistema de comunicación cuántica.
Cómo se consigue controlar la emisión con un imán
Una de las innovaciones más destacadas del estudio es el uso de un campo magnético débil para manipular la luz emitida. En condiciones normales, algunos estados excitónicos (los llamados estados oscuros) no emiten luz. Sin embargo, al aplicar un campo magnético, los investigadores lograron mezclarlos con estados brillantes, activando así su emisión.
Este fenómeno se conoce como magnetic brightening. Según el artículo, “la intensificación de la emisión incluso bajo un campo magnético relativamente bajo” fue observada claramente. De hecho, el brillo aumentó de forma significativa con campos menores a 1 tesla, lo que representa una ventaja en términos de eficiencia energética y control práctico.
Además, se identificaron dos estados de emisión, denominados |IDE+⟩ y |IDE−⟩, cada uno con una configuración de espín distinta. Estos estados surgían por la ruptura de simetría en los valles del material debido a los defectos introducidos. La emisión de estos estados presentaba una estructura de doble pico (doublet) con separación menor a 1 meV.
Qué implica todo esto para la seguridad digital
Lo verdaderamente transformador de este trabajo es que demuestra un camino viable para construir emisores cuánticos controlables con herramientas externas como campos magnéticos. Esto facilita su integración en dispositivos tecnológicos del futuro. Tal y como explican los autores, "estos hallazgos avanzan en la dirección de emisores de fotones individuales controlables mediante campos magnéticos, con implicaciones para aplicaciones en óptica cuántica”.
En otras palabras, este tipo de luz cuántica podría ser la base de una nueva generación de redes de comunicación ultra seguras, donde las contraseñas tal como las conocemos dejarían de tener sentido. Si cada mensaje se codifica en un solo fotón que no puede ser clonado ni leído sin ser detectado, las técnicas tradicionales de robo de datos quedan anuladas.
Este tipo de tecnología también podría jugar un papel clave en dispositivos de autentificación cuántica, donde el propio patrón de emisión de luz sirve como “firma digital” única, imposible de replicar. A diferencia de los sistemas biométricos actuales, que pueden ser vulnerables si se copian huellas o rasgos faciales, el patrón cuántico no puede duplicarse sin alterar el mensaje.
Los retos por resolver antes de que llegue al mercado
Aunque los resultados son prometedores, aún hay varios desafíos antes de ver esta tecnología en uso cotidiano. El experimento fue realizado a temperaturas extremadamente bajas, en torno a los 5,2 K (unos -268 ºC), lo cual limita por ahora su aplicación directa en dispositivos comerciales.
Además, los defectos en el material deben ser generados con alta precisión, lo cual requiere técnicas avanzadas de fabricación. El control del campo magnético también debe optimizarse para que pueda integrarse en sistemas compactos y energéticamente eficientes.
A pesar de estos retos, el uso de materiales 2D como el diseleniuro de tungsteno tiene una ventaja clara: su escalabilidad. Al ser tan delgados, pueden incorporarse en chips fotónicos y dispositivos miniaturizados. La posibilidad de manipular la emisión de luz con campos magnéticos añade una nueva dimensión de control sin necesidad de estructuras complejas.
Qué diferencia a este enfoque de otras tecnologías cuánticas
El uso de emisores individuales de fotones no es nuevo en física cuántica, pero lo que hace a este estudio especialmente relevante es su combinación de precisión, control y eficiencia en un solo sistema. Otros métodos requieren condiciones mucho más complejas, como cavidades ópticas o grandes instalaciones de laboratorio.
Aquí, el equipo logró una fuente de fotones compacta, estable y controlable con bajos niveles de energía magnética, lo cual la convierte en una candidata fuerte para aplicaciones reales. Además, el fenómeno de antibunching bajo campo magnético fue confirmado con distintas configuraciones, lo que indica que el sistema es robusto y reproducible.
En un contexto donde la computación cuántica y la criptografía post-cuántica están ganando tracción, contar con fuentes fiables de fotones individuales es esencial. Este trabajo no solo contribuye desde un punto de vista técnico, sino que también ofrece un modelo experimental reproducible para futuras investigaciones.
Hacia una nueva era de comunicaciones cuánticas
La posibilidad de reemplazar contraseñas por sistemas de luz cuántica puede sonar lejana, pero los avances de este tipo son precisamente los que están construyendo esa realidad. Cada paso en el desarrollo de emisores más estables y controlables acerca la comunicación cuántica al mundo real.
Este experimento muestra que es posible generar luz cuántica con características deseadas usando materiales conocidos y métodos accesibles, como campos magnéticos simples. Si estas tecnologías logran operar a temperatura ambiente y a escala industrial, podrían cambiar para siempre la forma en que protegemos nuestra información.
El camino aún es largo, pero lo que está claro es que la seguridad del futuro no se escribirá con letras ni números, sino con partículas de luz que viajan solas y seguras a través del espacio.
Referencias
- Yubei Xiang, Keisuke Shinokita, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Kazunari Matsuda. Magnetic brightening and its dynamics of defect-localized exciton emission in monolayer two-dimensional semiconductor. Science Advances, 4 de junio de 2025. https://doi.org/10.1126/sciadv.adr5562.
