Director: Javier Madroñero Pabón
Código MINCIENCIAS: COL0103781
Categoría MINCIENCIAS: A (Convocatoria 894 de 2021)
“Time present and time past are both perhaps present in time future,
And time future contained in time past. If all time is eternally present
All time is unredeemable.”
T.S. Eliot
Contexto
La teoría de la información cuántica y sus aplicaciones e implementaciones contextualizan un paradigma notable en el desarrollo actual de la Física, la Química, la Biología, las Ingenierías y las Ciencias de la Computación. Esto se refleja en el gran avance que a nivel tecnológico y de principios fundamentales se ha tenido en la última década en lo que concierne al grado de control cuántico desarrollado en nanoestructuras de diversas características y de su posible funcionalidad como sistemas complejos para computación y el procesamiento de información cuántica.
La investigación en QuanTIC se enmarca en el área de la física teórica, experimental y computacional, y de la física aplicada que incluye la física atmosférica y el procesamiento de información en diferentes plataformas de nanotecnología. Por un lado, existe un especial interés por los aspectos fundamentales de la mecánica cuántica (por ej., correlaciones en sistemas multipartitos), y por la fenomenología de procesos dinámicos disipativos. Por otra parte, se busca el desarrollo y adaptación de tecnologías fotónicas para estudiar el creciente problema de la polución atmosférica y sus impactos en la salud humana, y para estudiar aplicaciones e implementaciones de protocolos de transmisión y control de información a nivel atómico y molecular en dispositivos nanoestructurados tanto orgánicos como inorgánicos (por ej., polímeros y moléculas artificiales).
Los profesores que constituyen QuanTIC son responsables de los laboratorios de última generación de cómputo científico, espectroscopía ultrarrápida, física atmosférica, y óptica e información cuántica de CIBioFi, en donde se ha conseguido la generación y manipulation de estados de luz, conteo de fotones individuales correlacionados en el tiempo, la medición de la capa límite atmosférica usando un sistema LiDAR, la medición de la concentración de gases atmosféricos usando DOAS, la caracterización de moléculas y átomos artificiales por espectroscopía de absorción transitoria y fluorescencia resuelta temporalmente, la caracterización de estados atómicos altamente excitados, entre otros. Las actividades desarrolladas en el grupo han atraído permanentemente la atención de los estudiantes no solo de los programas de pregrado y posgrado de física, sino también de las facultades de Ciencias Naturales y Exactas y de Ingeniería de la Universidad del Valle. En la generación de los logros resaltados atrás se han formado y se siguen formando estudiantes de doctorado, maestría y pregrado.
De izquierda a derecha: Omar Calderón, Breyner A. Monroy, Javier Madroñero, William E. Salazar, Juan M. Scarpetta, Jeison S. Lenis, Mateo Londoño, Isabella Becerra, Carlos A. Jaramillo, Juan E. Murillo, Laura M. Muñoz, Marcela Herrera y John H. Reina (2022).
Objetivos
QuanTIC tiene como objetivo el estudio de la complejidad y el flujo de información cuántica y de procesos disipativos en nanosistemas tanto orgánicos como inorgánicos (vg, sistemas atómicos de pocos cuerpos, mesoscópicos, y de materia condensada). Estos comprenden desde átomos de pocos electrones, complejos fotosintéticos de estructura biomolecular y arquitecturas orgánicas, nanoestructuras artificiales de puntos cuánticos, polímeros y nano-circuitos superconductores, por citar algunos.
Nuestro análisis se extiende al estudio de procesos físicos para la realización de computación y control cuántico y de la investigación sistemática y cuantificación de las posibles fuentes de ruido cuántico y su efecto sobre la dinámica de arquitecturas atómicas y/o moleculares. Como ejemplo citamos el diseño de estructuras de polímeros, puntos cuánticos y biomoléculas para el procesamiento y control cuántico de información tanto a nivel local como global.
Líneas de investigación
Redes cuánticas
Estudio y cuantificación de procesos de transporte, mecanismos de control cuántico y caracterización de transiciones de fase en sistemas cuánticos con invariancia translacional, tales como sistemas cristalinos, cadenas de espines y redes ópticas
Nanoestructuras de estado solido
Nanomateriales y nanosistemas orgánicos e inorgánicos con aplicaciones en fotónica, optoelectrónica, tecnología cuántica, energía y aplicaciones biológicas y médicas
Óptica cuántica
Análisis de procesos y propiedades de la luz y sus aplicaciones en la interacción radiación-materia desde la perspectiva de la física cuántica. Análisis de la interacción entre fotones, átomos y moléculas
Procesos de no equilibrio
Estudio de procesos que ocurren en sistemas sometidos a condiciones variables que pueden ocurrir tanto a nivel clásico como cuántico. Análisis de los cambios de estado en un sistema y control en la predicción del resultado de tal transformación
Transporte cuántico y transiciones de fase
Estudio del régimen macroscópico de sistemas cuánticos y de los procesos de distribución de materia y energía en tales sistemas
Fundamentos conceptuales de la teoría cuántica
Estudio teórico y computacional de procesos fundamentales en la física cuántica, tales como el entrelazamiento y la interferencia cuántica
Información y computación cuántica
Estudio teórico e implementación de protocolos cuánticos para la generación, manipulación y transferencia de información cuántica en átomos, moléculas y fotones. Desarrollo e implementación de tecnologías de información cuántica
Disipación y control cuántico en nanosistemas orgánicos, inorgánicos y biológicos
Fenomenología y cuantificación de procesos de disipación y decoherencia cuántica en nanosistemas. Modelado computacional de disipación cuántica en átomos artificiales, qubits superconductores, polímeros, biomoléculas, moléculas individuales y emisores cuánticos
Espectroscopia ultrarrápida
Estudio de respuesta óptica atómica y molecular en la escala ultrarrápida y de mecanismos de transferencia de energía en sistemas biológicos y moleculares con aplicaciones en el control cuántico molecular, fotosíntesis artificial y fotovoltaica
Átomos fríos y redes ópticas
Fenomenología y cuantificación de procesos de transporte, mecanismos de control cuántico y caracterización de transiciones de fase en átomos fríos en potenciales ópticos. Modelado computacional y desarrollo de modelos efectivos para el estudio de átomos fríos en potenciales ópticos sometidos a fuerzas externas. Simulación cuántica de sistemas de materia condensada con átomos fríos en redes ópticas
Inteligencia artificial y aprendizaje automático
Aplicación de técnicas avanzadas de inteligencia artificial y aprendizaje automático para abordar problemas complejos, generar conocimiento y analizar datos e imágenes en áreas relacionadas con sistemas físicos de muchos cuerpos, agricultura de precisión, física atmosférica y otros. Análisis y aplicaciones en la gestión de política pública del medio ambiente
Física atmosférica y cambio climático
Teledetección de material particulado y de gases traza en la atmósfera utilizando las técnicas LiDAR y espectroscopia de absorción óptica diferencial (DOAS). Modelado computacional de procesos de transferencia radiativa y cambio climático con aplicaciones en los sectores medioambiental (monitoreo de procesos relacionados con la calidad del aire) y agroindustrial (implementación de métodos ópticos en agricultura climáticamente inteligente)
Teledetección para el medio ambiente y la agroindustria
Uso de sistemas ópticos, acústicos y de sensores (multi e hiperespectrales) aplicados a la caracterización de material particulado, calidad del aire, ambiente sonoro (ruido) y de ecosistemas agrícolas y biológicos
Formación de estructuras en el universo y cosmología
Investigación de la formación de galaxias, cúmulos de galaxias y estructuras más grandes a partir de pequeñas fluctuaciones tempranas de la densidad. La formación de estructuras plantea modelar cómo se formaron estas estructuras por la inestabilidad gravitacional de pequeñas fluctuaciones tempranas en la densidad del espacio-tiempo