Nuevas herramientas de medición precisa basadas en principios cuánticos
Una de las técnicas de medición más potentes y precisas, tanto históricamente como en la actualidad, es la interferometría, pues estos dispositivos pueden registrar con enorme precisión el tiempo, la frecuencia y las fuerzas inerciales. En un interferómetro, dos ondas de sondeo (de luz o materia) se someten a un cambio de fase que genera efectos observables de interferencia. La interferometría mide estos efectos para calcular el cambio de fase con la menor incertidumbre posible. El objetivo del proyecto QIBEC fue investigar y desarrollar interferómetros ultraprecisos que aprovechen los recursos que brinda el campo de la cuántica. «En estos interferómetros cuánticos, se pueden calcular fuerzas o aceleraciones muy pequeñas con mucha precisión gracias a los efectos que producen en un estado cuántico exótico de la materia denominado condensado de Bose-Einstein (BEC) —explicó el Dr. Augusto Smerzi del Consejo Nacional de Investigación de Italia, entidad al cargo del proyecto—. Esto se logra mediante el enfriamiento de un gas diluido de especies atómicas idóneas a temperaturas muy cercanas al cero absoluto». En un gas a alta temperatura los átomos chocan caóticamente entre sí a enorme velocidad; sin embargo, en un BEC, su velocidad es mucho menor y muestran un orden mucho más notable. Manipular el entrelazamiento entre múltiples partículas En concreto, el proyecto logró generar y manipular entrelazamientos masivos entre partículas con BEC atómicos y lograr interferómetros sólidos mejorados por entrelazamiento para medir y detectar fuerzas débiles con una «sensibilidad por debajo del ruido de agitación térmica», esto es, rendimientos superiores a los límites clásicos del ruido de agitación térmica. «Nos propusimos poner en entredicho la opinión mostrada por gran parte de los expertos en BEC consistente en que los gases BEC atrapados no resultan muy útiles con fines metrológicos debido a la baja cantidad de átomos y su desfase causado por las interacciones —comentó el Dr. Smerzi—. Con los BEC hemos empleado técnicas nuevas que reducen fuentes de ruido técnicas y más fundamentales como las vibraciones mecánicas, las fluctuaciones de los campos magnéticos y las pérdidas de átomos». El equipo al cargo del proyecto también demostró experimentalmente la operación simultánea de interferómetros utilizados para medir con precisión fuerzas inerciales, gravitacionales y electromagnéticas. «El dispositivo obtenido mediante la dilución de un BEC en un potencial de retícula óptica controlable es capaz en principio de alcanzar con un único "disparo" una sensibilidad comparable a los interferómetros de caída libre más modernos y ofrece la posibilidad de abordar la expansión multipolo (una función matemática que depende de ángulos en los que los campos en puntos distantes se describen en función de fuentes en una región pequeña)», explicó el Dr. Smerzi. Si bien el proyecto no generó productos comerciales ni patentes, dada la naturaleza científica fundamental del mismo, los resultados del equipo de QIBEC podrían dar lugar a aplicaciones concretas en un futuro. En palabras del Dr. Smerzi: «Se puede imaginar interferómetros atrapados microscópicos superiores a los interferómetros atómicos más modernos que aprovechen los largos periodos de medición y los sistemas de paralelizacion para crear una generación nueva de sensores microscópicos de fuerzas inerciales». El proyecto QIBEC concluyó en julio de 2015 y recibió cerca de 2 600 000 millones de euros en fondos europeos.
Palabras clave
QIBEC, BEC, condensado de Bose-Einstein, interferometría, entrelazamiento cuántico, detección cuántica, Tecnologías Futuras y Emergentes, TFE
