En un avance significativo para la tecnología de sensores cuánticos, investigadores de la Universidad de Colorado Boulder han creado con éxito un dispositivo capaz de medir la aceleración en tres dimensiones de manera simultánea utilizando átomos ultrafríos, algo que muchos científicos antes consideraban imposible.
El equipo de investigación, liderado por la estudiante de posgrado 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 gran paso adelante en la tecnología de navegación cuántica.
El dispositivo funciona enfriando átomos de rubidio a temperaturas de apenas milmillonésimas 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 ser manipuladas con extrema precisión. Utilizando seis láseres tan delgados como un cabello humano, el equipo inmoviliza estos átomos y luego los divide en superposiciones cuánticas, donde cada átomo existe en dos lugares al mismo tiempo.
La inteligencia artificial juega un papel crucial en el funcionamiento del sistema. Los investigadores emplearon algoritmos de aprendizaje automático para gestionar el complejo proceso de ajustar los láseres y manipular los átomos. "La IA planifica la secuencia de ajustes de los láseres necesarios, simplificando lo que de otro modo sería un proceso de prueba y error increíblemente complicado", explicó el profesor Holland.
Aunque los sistemas de navegación actuales dependen principalmente del GPS y acelerómetros electrónicos, estos sufren desgaste mecánico y vulnerabilidades ambientales con el tiempo. En contraste, los átomos no envejecen ni se degradan, lo que ofrece estabilidad y robustez a largo plazo. Este dispositivo cuántico podría, eventualmente, 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 otorgó 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 guía para vehículos autónomos. Aunque actualmente el dispositivo es del tamaño de una mesa de laboratorio y menos sensible que las tecnologías comerciales, los investigadores son optimistas respecto a mejorar su desempeño y reducir su tamaño en los próximos años.