MIT desarrolla un sensor cuántico de temperatura ambiente capaz de medir múltiples parámetros simultáneamente
Un equipo de investigación del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha desarrollado un nuevo sensor cuántico de estado sólido que permite la medición simultánea de diversos parámetros. Esta tecnología promete mejorar la comprensión de los electrones y átomos dentro de los materiales y los sistemas biológicos.
Los sensores cuánticos tienen la capacidad de detectar propiedades de sistemas que resultan inaccesibles para los sensores tradicionales. Al capturar señales cuánticas débiles, esta herramienta podría revelar el funcionamiento interno de las células o misterios de las profundidades del universo. Un aspecto fundamental de este avance es que los sensores pueden operar a temperatura ambiente, eliminando la necesidad de alcanzar temperaturas cercanas al cero absoluto, lo que les otorga una alta practicidad.
Funcionamiento y superación de desafíos técnicos
Estos dispositivos utilizan propiedades cuánticas como la superposición, los estados de espín y el entrelazamiento para medir parámetros tales como la aceleración, la gravedad, los campos eléctricos y los campos magnéticos. Específicamente, el sensor emplea centros de vacante de nitrógeno (NV) en diamantes, donde un átomo de nitrógeno sustituye una posición en la red del diamante y deja un espacio vacío en un punto adyacente.
Esta estructura permite la lectura óptica del espín electrónico, el cual es extremadamente sensible a las variaciones de temperatura o de campos magnéticos, facilitando mediciones de alta resolución. Sin embargo, el equipo se enfrentaba al problema de que las variaciones en la resonancia de espín podían ser causadas por múltiples factores, lo que dificultaba la medición simultánea de varios parámetros.
Takuya Isogawa, estudiante de posgrado en ciencias nucleares del MIT, explicó que el hecho de tener que medir los valores de uno en uno prolongaba el tiempo de los experimentos, reducía la sensibilidad y aumentaba el riesgo de cometer errores.
Innovación en la medición y aplicaciones
Para solventar estas limitaciones, el equipo del MIT implementó el uso de láseres para medir la fluorescencia del centro NV, antenas de microondas para detectar el espín electrónico y campos de radiofrecuencia para medir el espín del átomo de nitrógeno, incrementando así los cúbits disponibles. A través de la técnica de medición del estado de Bell, permitieron que dos cúbits midieran tres parámetros al mismo tiempo, gracias al entrelazamiento entre el cúbit sensor y el cúbit auxiliar, lo que garantiza una mayor confiabilidad del sistema.
Hasta la fecha, los investigadores han logrado medir simultáneamente la fase, el desajuste y la amplitud de los campos magnéticos de microondas. El equipo confía en que esta tecnología pueda expandirse para medir la presión, la temperatura, la deformación y los campos eléctricos.
Isogawa añadió que, debido a su multifuncionalidad y alta resolución espacial, los sensores de centros NV son especialmente aptos para mediciones biológicas y experimentos de física de la materia condensada, gracias a su capacidad de operar a temperatura ambiente.
