Por siglos, los seres humanos han ido ampliando su comprensión del mundo mediante una medición cada vez más precisa de la luz y la materia. Hoy dia, Los sensores cuánticos logran resultados extremadamente precisos. Un ejemplo de esto es el desarrollo de relojes atómicos, que se espera que no ganen ni pierdan más de un segundo en treinta mil millones de años. Las ondas gravitacionales también se detectaron a través de sensores cuánticos, en este caso mediante el uso de interferómetros ópticos.

Los sensores cuánticos pueden alcanzar sensibilidades imposibles según las leyes de la física convencional que rigen la vida cotidiana. Esos niveles de sensibilidad solo se pueden alcanzar si uno ingresa al mundo de la mecánica cuántica con sus fascinantes propiedades, como el fenómeno de la superposición, donde los objetos pueden estar en dos lugares a la vez y donde un átomo puede tener dos niveles de energía diferentes al mismo tiempo.

Tanto generar como controlar estos estados no clásicos es extremadamente complejo. Debido al alto nivel de sensibilidad requerido, estas medidas son propensas a interferencias externas. Es más, Los estados no clásicos deben adaptarse a un parámetro de medición específico. "Desafortunadamente, esto a menudo resulta en una mayor inexactitud con respecto a otros parámetros de medición relevantes ", dice Fabian Wolf, describiendo el desafío. Este concepto está estrechamente relacionado con el principio de incertidumbre de Heisenberg. Wolf forma parte de un equipo de investigadores de la Universidad Leibniz de Hannover, Physikalisch-Technische Bundesanstalt en Braunschweig, y el Instituto Nacional de Óptica de Florencia. El equipo introdujo un método basado en un estado no clásico adaptado a dos parámetros de medición a la vez.

El experimento se puede visualizar como la versión mecánica cuántica de un péndulo simple. En este caso, los parámetros de medición adaptados son el desplazamiento máximo del péndulo (amplitud) y el número de oscilaciones por segundo (frecuencia). El péndulo consta de un único ión de magnesio incrustado en una "trampa de iones". A través de interacciones de luz láser, los investigadores pudieron enfriar el ion magnesio al estado fundamental de un sistema mecánico cuántico, el estado más frío alcanzable. Desde allí, generaron un "estado de Fock" del movimiento y hicieron oscilar el péndulo de un solo átomo usando una fuerza externa. Esto les permitió medir amplitud y frecuencia con una sensibilidad incomparable con un péndulo convencional. A diferencia de experimentos anteriores, este fue el caso de ambos parámetros de medición sin tener que ajustar el estado no clásico.

Usando este nuevo enfoque, el equipo redujo el tiempo de medición a la mitad mientras que la resolución se mantuvo constante o duplicó la resolución con un tiempo de medición constante. La alta resolución es particularmente importante para las técnicas de espectroscopia basadas en cambiar el estado de movimiento. En este caso particular, Los investigadores tienen la intención de analizar iones moleculares individuales mediante irradiación con láser para estimular el movimiento molecular. El nuevo procedimiento les permitirá analizar el estado de la molécula antes de que sea interrumpida por una irradiación láser demasiado intensa. "Por ejemplo, las mediciones de precisión de las moléculas podrían revelar interacciones entre la materia oscura y convencional, lo que sería un gran aporte para resolver uno de los mayores misterios de la física contemporánea ", dice Fabian Wolf. El concepto de medición, que los investigadores demostraron por primera vez, También podría mejorar la resolución en los interferómetros ópticos, como los detectores de ondas gravitacionales, lo que proporciona una visión más profunda de los albores del universo.