Investigadores finlandeses han logrado un gran avance en la tecnología de medición ultrasensible al detectar una cantidad de energía menor que un zeptojulio, que es menos de una billonésima de milmillonésima de julio. El avance podría mejorar la tecnología de computación cuántica, apoyar la búsqueda de materia oscura y, eventualmente, hacer posible contar fotones individuales.
La mecánica cuántica funciona a escalas increíblemente pequeñas y los científicos desarrollan constantemente herramientas más precisas para medir y controlar partículas portadoras de luz, como los fotones. Una mayor precisión podría abrir la puerta a dispositivos cuánticos más potentes y nuevas formas de estudiar algunos de los mayores misterios del universo.
Un zeptojulio es una cantidad de energía casi inimaginablemente pequeña. Esto es aproximadamente igual a la cantidad de trabajo requerido por la gravedad de la Tierra para mover un glóbulo rojo un nanómetro.
El equipo de investigación estuvo dirigido por el profesor Miko Motonen de la Academia de la Universidad Aalto en colaboración con la empresa de computación cuántica IQM y el Centro de Investigación Técnica de Finlandia (VTT). Sus hallazgos se publican en la revista. Electrónica de la naturaleza.
Detector de energía cuántica ultrasensible
Para alcanzar este nivel de sensibilidad, los investigadores utilizaron un calorímetro, un dispositivo diseñado para medir cambios extremadamente pequeños en la energía térmica. Medir esta pequeña señal es mucho más difícil que enviar un haz a un detector y leer el resultado.
Los científicos dirigieron un pulso de microondas a un sensor fabricado con dos tipos de metal. Una parte está formada por superconductores, materiales que permiten que la electricidad fluya libremente sin resistencia. Otras partes utilizan conductores comunes, que resisten la corriente eléctrica.
“Esta combinación de metales hace que la superconductividad sea un fenómeno tan frágil que la temperatura del conductor ultrafrío se debilita inmediatamente con un ligero aumento de temperatura. Esto la convierte en una configuración muy sensible”, dijo Motonen, quien también es fundador del ordenador cuántico unicornio IQM.
Después de filtrar cuidadosamente la señal, los investigadores confirmaron que detectaron un pulso electromagnético que medía sólo 0,83 zeptojulios. Según el equipo, esta es la primera vez que un dispositivo de medición calorimétrica alcanza tal sensibilidad.
Computación cuántica y las implicaciones de la materia oscura
El avance podría eventualmente permitir a los científicos contar fotones individuales, un objetivo de larga data en la tecnología cuántica y la astrofísica.
“Queremos permitir que esta configuración mida entradas que tienen un tiempo de llegada arbitrario, lo cual es importante para cosas como detectar el eje de la materia oscura en el espacio, cuando no se tiene idea de cuándo podría llegar a su sistema”.
Los investigadores también creen que la tecnología podría resultar útil en computadoras cuánticas porque el calorímetro opera a las mismas temperaturas extremadamente frías de mikelvin requeridas por el único qubit fundamental de información cuántica.
“Un calorímetro funciona a la misma temperatura de mikelvin que requieren los qubits. Causa menos perturbaciones en el sistema porque no tenemos que llevar el dispositivo a altas temperaturas ni amplificar la señal de medición del qubit para obtener resultados. En el futuro, nuestro dispositivo podría ser un componente para leer qubits en una computadora cuántica”.
Instalaciones de investigación y financiación.
El trabajo se llevó a cabo utilizando las instalaciones de OtaNano, la infraestructura nacional de investigación de Finlandia para tecnologías nano, micro y cuánticas.
La financiación del proyecto provino principalmente de la iniciativa Future Makers, que cuenta con el apoyo de la Fundación Jane y Atos Erko y la Industria Tecnológica de la Fundación Centenario de Finlandia.
