Los físicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (IST Austria) han inventado un nuevo prototipo de radar que utiliza el entrelazamiento cuántico como método de detección de objetos. Esta integración exitosa de la mecánica cuántica en los dispositivos podría afectar significativamente a las industrias biomédica y de seguridad. La investigación se publica en la revista Avances de la ciencia .

El entrelazamiento cuántico es un fenómeno físico por el cual dos partículas permanecen interconectadas, compartiendo rasgos físicos independientemente de la distancia entre ellos. Ahora, científicos del grupo de investigación del profesor Johannes Fink en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (IST Austria) junto con los colaboradores Stefano Pirandola del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y la Universidad de York, REINO UNIDO, y David Vitali de la Universidad de Camerino, Italia:han demostrado un nuevo tipo de tecnología de detección llamada iluminación cuántica de microondas que utiliza fotones de microondas entrelazados como método de detección. El Prototipo, que también se conoce como radar cuántico, es capaz de detectar objetos en entornos térmicos ruidosos donde los sistemas de radar clásicos a menudo fallan. La tecnología tiene aplicaciones potenciales para escáneres de seguridad e imágenes biomédicas de potencia ultrabaja.

Usando el entrelazamiento cuántico como una nueva forma de detección

Los principios de funcionamiento del dispositivo son simples:en lugar de utilizar microondas convencionales, los investigadores entrelazan dos grupos de fotones, que se denominan fotones de señal y ociosos. Los fotones de señal se envían hacia el objeto de interés, mientras que los fotones inactivos se miden en relativo aislamiento, libre de interferencias y ruidos. Cuando los fotones de la señal se reflejan de nuevo, se pierde el verdadero entrelazamiento entre la señal y los fotones inactivos, pero sobrevive una pequeña cantidad de correlación, crear una firma o patrón que describa la existencia o ausencia del objeto de destino, independientemente del ruido en el entorno.

"Lo que hemos demostrado es una prueba de concepto para el radar cuántico de microondas, "dice el autor principal Shabir Barzanjeh, cuya investigación previa ayudó a avanzar en la noción teórica detrás de la tecnología de radar cuántico mejorado. "Utilizando el entrelazamiento generado a unas milésimas de grado por encima del cero absoluto (-273,14 ° C), hemos podido detectar objetos de baja reflectividad a temperatura ambiente ".

La tecnología cuántica puede superar a los radares clásicos de baja potencia

Si bien el entrelazamiento cuántico en sí mismo es de naturaleza frágil, el dispositivo tiene algunas ventajas sobre los radares clásicos convencionales. Por ejemplo, a bajos niveles de potencia, Los sistemas de radar convencionales suelen tener poca sensibilidad, ya que tienen problemas para distinguir la radiación reflejada por el objeto del ruido de radiación de fondo que se produce de forma natural. La iluminación cuántica ofrece una solución a este problema, ya que las similitudes entre la señal y los fotones inactivos, generados por el entrelazamiento cuántico, hacen que sea más eficaz distinguir los fotones de la señal (recibidos del objeto de interés) del ruido generado en el entorno.

Barzanjeh, quien ahora es profesor asistente en la Universidad de Calgary, dice, "El mensaje principal detrás de nuestra investigación es que el radar cuántico o la iluminación cuántica de microondas no solo es posible en teoría, pero también en la práctica. Cuando se compara con los detectores clásicos de baja potencia en las mismas condiciones, vemos que en números de fotones de señal muy baja, la detección cuántica mejorada puede ser superior ".

A través de la historia, la ciencia básica ha sido uno de los impulsores clave de la innovación, cambio de paradigma y avance tecnológico. Si bien sigue siendo una prueba de concepto, La investigación del grupo ha demostrado efectivamente un nuevo método de detección que, en algunos casos, puede ser superior al radar clásico.

"A través de la historia, pruebas de concepto, como el que hemos demostrado aquí, a menudo han servido como hitos destacados hacia futuros avances tecnológicos. Será interesante ver las implicaciones futuras de esta investigación, especialmente para sensores de microondas de corto alcance, "dice Barzanjeh.

El último autor y líder del grupo, el profesor Johannes Fink, dice:"Este resultado científico solo fue posible reuniendo a físicos teóricos y experimentales que se sienten impulsados ​​por la curiosidad de cómo la mecánica cuántica puede ayudar a superar los límites fundamentales de la detección. Pero para mostrar una ventaja en situaciones prácticas, también necesitaremos la ayuda de ingenieros eléctricos experimentados, y todavía queda mucho trabajo por hacer para que nuestro resultado sea aplicable a las tareas de detección del mundo real ".