En un avance significativo para la tecnología de sensores cuánticos, investigadores de la Universidad de Colorado Boulder han logrado crear un dispositivo capaz de medir la aceleración en tres dimensiones de forma simultánea utilizando átomos ultrafríos, algo que muchos científicos consideraban imposible hasta ahora.
El equipo de investigación, liderado por la estudiante de doctorado Kendall Mehling, la investigadora postdoctoral Catie LeDesma y el profesor de JILA Murray Holland, publicó sus hallazgos este mes en la revista Science Advances. Su trabajo representa un paso crucial hacia el futuro de la navegación cuántica.
El dispositivo funciona enfriando átomos de rubidio hasta temperaturas de apenas unos milmillonésimos de grado por encima del cero absoluto, creando un estado cuántico conocido como condensado de Bose-Einstein. En este estado, los átomos forman ondas de materia coherentes que pueden manipularse con una precisión extrema. Utilizando seis láseres tan finos como un cabello humano, el equipo inmoviliza estos átomos y luego los divide en superposiciones cuánticas, donde cada átomo existe en dos lugares a la vez.
La inteligencia artificial desempeña un papel fundamental en el funcionamiento del sistema. Los investigadores emplearon algoritmos de aprendizaje automático para gestionar el complejo proceso de ajuste de los láseres y manipulación de los átomos. "La IA planifica la secuencia de ajustes de los láseres necesaria, agilizando lo que de otro modo sería un proceso de prueba y error increíblemente laborioso", explicó el profesor Holland.
Aunque los sistemas de navegación actuales dependen en gran medida del GPS y de acelerómetros electrónicos, estos sufren desgaste mecánico y vulnerabilidad a factores ambientales con el tiempo. Los átomos, en cambio, no envejecen ni se degradan, lo que ofrece una estabilidad y robustez a largo plazo. Este dispositivo cuántico podría permitir la navegación en entornos donde las señales GPS no están disponibles, como bajo el agua, bajo tierra o en el espacio.
La tecnología ha despertado un gran interés, y la NASA concedió al equipo una subvención de 5,5 millones de dólares en 2023 a través de su Quantum Pathways Institute para continuar el desarrollo del sensor. Más allá de la navegación, el dispositivo podría revolucionar los estudios geológicos, las pruebas de física fundamental y los sistemas de guiado de vehículos autónomos. Aunque actualmente el dispositivo tiene el tamaño de un banco de laboratorio y es menos sensible que las tecnologías comerciales, los investigadores se muestran optimistas respecto a mejorar su rendimiento y reducir su tamaño en los próximos años.