A medida que la tecnología cuántica sigue cobrando vida, la inversión se está produciendo a escala mundial. Pronto, pudimos ver mejoras en los modelos de aprendizaje automático, evaluación de riesgos financieros, la eficiencia de los catalizadores químicos y el descubrimiento de nuevos medicamentos.

Como numerosos científicos, empresas y gobiernos se apresuran a invertir en la nueva era de la tecnología cuántica, una pieza crucial de esta ola de innovación es el sensor cuántico. Mejorar estos dispositivos podría significar computadoras más potentes, mejores detectores de enfermedades y avances tecnológicos que los científicos aún no pueden predecir.

Un estudio científico del Instituto de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago publicado el 17 de octubre en Comunicaciones de la naturaleza podría tener implicaciones interesantes para el mundo en desarrollo de la detección cuántica y la tecnología cuántica en su conjunto.

“Tomamos una idea propuesta recientemente para hacer mejores sensores ópticos clásicos y preguntamos si la misma idea funcionaría en un entorno cuántico, "dijo Aashish Clerk, uno de los autores del estudio y profesor del Instituto de Ingeniería Molecular. "Descubrimos que esta idea realmente no funciona en entornos cuánticos, pero ese otro enfoque algo relacionado podría darte una gran ventaja ".

En un entorno cuántico, Los sensores ópticos suelen estar limitados porque la luz está formada por partículas, y esta discreción conduce a un ruido inevitable. Pero este estudio reveló un método inesperado para combatir esa limitación.

"Creemos que hemos descubierto una nueva estrategia para construir sensores cuánticos extremadamente potentes, "Continuó Clerk.

El camino hacia el principio direccional

Secretario y coautor Hoi-Kwan Lau, becario postdoctoral en UChicago, se inspiraron en estudios recientes de alto perfil que mostraron cómo mejorar drásticamente una técnica común de detección óptica. El "truco" consiste en ajustar los sistemas a un punto excepcional, o un punto en el que dos o más modos de luz se unen en una frecuencia específica.

Lau y Clerk querían ver si este método podía tener éxito en entornos donde los efectos cuánticos eran importantes. El objetivo era tener en cuenta el inevitable ruido "cuántico", las fluctuaciones asociadas con el hecho de que la luz tiene un carácter tanto ondulado como particulado. Clerk explicó.

El estudio encontró que la técnica de puntos excepcionales no es útil en un entorno cuántico, pero la investigación aún condujo a resultados prometedores.

"La buena noticia es que encontramos otra forma de construir un nuevo y poderoso tipo de sensor que tiene ventajas incluso en regímenes cuánticos". "Clerk dijo." La idea es construir un sistema que sea 'direccional, 'lo que significa que los fotones pueden moverse en una sola dirección ".

Este principio direccional, uno basado en que los fotones pueden moverse en una sola dirección, es un desarrollo completamente nuevo en la detección cuántica.

Nuevos desarrollos en la detección cuántica

En términos de aplicaciones del mundo real, Los sensores cuánticos altamente efectivos podrían cambiar las reglas del juego. Los sistemas cuánticos son sensibles a los más mínimos cambios ambientales, por lo que estos detectores tienen el potencial de ser increíblemente poderosos.

Además, algunos de los aspectos más extraños del comportamiento cuántico, como el entrelazamiento cuántico, podría hacerlos aún más fuertes. Entrelazamiento cuántico, un fenómeno desconcertante incluso para los científicos, describe cómo dos partículas pueden estar separadas por una gran distancia, pero las acciones realizadas en una partícula afectan inmediatamente a la otra. Este entrelazamiento se puede aprovechar para hacer que los sensores cuánticos sean sorprendentemente resistentes contra ciertos tipos de ruido.

En el futuro, Los nuevos desarrollos en la detección cuántica podrían traducirse en avances significativos en una variedad de áreas. La clase de sensores ópticos descritos en el estudio se puede utilizar para detectar virus en líquidos, por ejemplo. También pueden actuar como dispositivos de lectura de bits cuánticos en una computadora cuántica superconductora.

"Creemos que nuestra idea tiene el potencial de generar mejoras importantes en muchas de estas aplicaciones, "Clerk explicó.

Las implicaciones del estudio para la computación cuántica son especialmente interesantes. Las computadoras cuánticas no solo tienen el potencial de aumentar drásticamente las velocidades de computación, pero también podrían abordar problemas que son completamente inviables con la informática tradicional.

Lau y Clerk planean hacer más investigaciones sobre su técnica de detección mejorada. Clerk todavía tiene muchas preguntas:"¿Qué establece qué tan rápido es nuestro sensor? ¿Hay límites fundamentales en su velocidad? ¿Puede usarse para detectar señales que no son necesariamente pequeñas?"

Su mayor esperanza Secretario explicó, es inspirar a otros investigadores a construir sensores cuánticos mejorados que aprovechen este principio recién descubierto.