Mejora de la sensibilidad de los sensores atómicos
Los investigadores del proyecto AQUMET, financiado por la Unión Europea, tenían un objetivo ambicioso en mente: demostrar y registrar la sensibilidad de los sensores atómicos y, a continuación, mejorar esa sensibilidad utilizando la física cuántica en general y el entrelazamiento en particular. Los relojes atómicos y los magnetómetros atómicos son algunos ejemplos de sensores atómicos. Los investigadores lograron un hito realmente innovador que abre la puerta a disponer de mediciones superprecisas en distintos campos. «Este trabajo es interesante tecnológicamente porque los campos magnéticos son omnipresentes y prácticamente todo genera o modifica los campos magnéticos de algún modo», explica el coordinador del proyecto, Morgan Mitchell. «En la práctica, disponer de mediciones superprecisas es ventajoso para la exploración minera, por ejemplo, ya que permite medir con precisión el campo magnético de la Tierra, distorsionado por la presencia de depósitos minerales subterráneos. También permite observar distintos procesos biológicos que se producen en el corazón y en el cerebro, a través del campo magnético que generan». Compresión en óptica cuántica La sensibilidad de un magnetómetro atómico está definida por la señal más pequeña que es capaz de resolver de forma fiable, definición limitada, fundamentalmente, por la presencia de ruido cuántico. Por ejemplo, si un láser detecta los átomos y su respuesta al campo magnético, su sensibilidad estará limitada por el ruido de disparo, también conocido como fuente del ruido cuántico. Para reducir este ruido y mejorar la sensibilidad magnética, se pueden utilizar técnicas de óptica cuántica conocidas como compresión. Esta fue la solución de AQUMET. «Nuestra investigación mostró las primeras mejoras de la sensibilidad magnética mediante la compresión; tanto la compresión de la luz, que reduce el ruido de disparo, como la compresión del ruido cuántico atómico», explica Mitchell. «Hemos descubierto que el ruido cuántico de los átomos es significativamente distinto del ruido cuántico de la luz y, gracias a ello, pudimos identificar varios estados comprimidos nuevos, incluidos los estados de singlete macroscópicos y los estados comprimidos planares». Según Mitchell, el estado comprimido planar es especialmente interesante, ya que se ha observado que reduce el ruido cuántico de tal forma que mejora la sensibilidad de los sensores más complicados, incluidos los que se utilizan en la captación de imágenes de resonancia magnética, que necesitan poder detectar simultáneamente varias propiedades atómicas. Justo a tiempo La investigación de AQUMET llega en el momento adecuado. «Con el estudio de los límites cuánticos de la detección atómica y el desarrollo de métodos nuevos para superar los límites habituales de estos sensores debidos al ruido cuántico, el proyecto ha sentado las bases para utilizar tecnologías de detección cuántica en distintas iniciativas y sectores», apunta Mitchell. «Esto incluye su papel en la próxima Iniciativa Emblemática sobre Tecnologías Cuánticas de la Unión Europea y para hacer realidad tecnologías de detección que mejorarán la investigación médica». Aunque el proyecto ya ha finalizado, los investigadores continúan trabajando para ampliar los límites fundamentales de la detección atómica aplicando el sistema desarrollado en AQUMET. Además, los conocimientos adquiridos en AQUMET se están aplicando a nuevos sistemas físicos, como magnetómetros atómicos de pequeña escala que se utilizan para captar campos magnéticos biológicos, y se están estudiando los nuevos estados comprimidos descubiertos por AQUMET para aplicarlos en otras tecnologías avanzadas, como los relojes atómicos.
Palabras clave
AQUMET, física cuántica, detección atómica, tecnologías cuánticas, tecnologías de detección