octubre 18, 2021

Escuchar radio con un cicuito cuántico

Los investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft han creado un circuito cuántico que les permite escuchar la señal de radio más débil permitida por la mecánica cuántica. Este nuevo circuito cuántico abre la puerta a posibles aplicaciones futuras en áreas como la radioastronomía y la medicina (MRI). También permite a los investigadores realizar experimentos que pueden arrojar luz sobre la interacción entre la mecánica cuántica y la gravedad. Los resultados se han publicado en Science .

A todos nos han molestado las señales de radio débiles en algún momento de nuestras vidas: nuestra canción favorita en el automóvil se convirtió en ruido, estar demasiado lejos de nuestro enrutador wifi para revisar nuestro correo electrónico. Nuestra solución habitual es aumentar la señal, por ejemplo, eligiendo una estación de radio diferente o moviéndonos al otro lado de la sala de estar. Sin embargo, ¿y si pudiéramos escuchar con más atención?

Las señales de radio débiles no son solo un desafío para las personas que intentan encontrar su estación de radio favorita, sino también para los escáneres de imágenes por resonancia magnética (MRI) en los hospitales, así como para los telescopios que los científicos usan para mirar al espacio.

En un ‘salto cuántico’ en la detección de radiofrecuencia, los investigadores del grupo del profesor Gary Steele en Delft demostraron la detección de fotones o cuantos de energía, las señales más débiles permitidas por la teoría de la mecánica cuántica.

Trozos cuánticos

Una de las extrañas predicciones de la mecánica cuántica es que la energía viene en trozos diminutos llamados ‘cuantos’. ¿Qué significa esto? “Digamos que estoy empujando a un niño en un columpio”, dijo el investigador principal Mario Gely. “En la teoría clásica de la física, si quiero que el niño vaya un poco más rápido, puedo darle un pequeño empujón, dándole más velocidad y más energía. La mecánica cuántica dice algo diferente: solo puedo aumentar la energía del niño un ‘paso cuántico’ a la vez. No es posible aumentar a la mitad de esa cantidad «.

Para un niño en un columpio, estos ‘pasos cuánticos’ son tan pequeños que son demasiado pequeños para notarlos. Hasta hace poco, lo mismo ocurría con las ondas de radio. Sin embargo, el equipo de investigación en Delft desarrolló un circuito que realmente puede detectar estos trozos de energía en señales de radiofrecuencia, lo que abre el potencial para detectar ondas de radio a nivel cuántico.

Este chip cuántico (1×1 cm) permite a los investigadores escuchar la señal de radio más débil permitida por la mecánica cuántica.

¿De la radio cuántica a la gravedad cuántica?

Más allá de las aplicaciones en la detección cuántica, el grupo de Delft está interesado en llevar la mecánica cuántica al siguiente nivel: la masa. Si bien la teoría del electromagnetismo cuántico se desarrolló hace casi 100 años, los físicos todavía están desconcertados hoy sobre cómo encajar la gravedad en la mecánica cuántica.

“Usando nuestra radio cuántica, queremos intentar escuchar y controlar las vibraciones cuánticas de los objetos pesados ​​y explorar experimentalmente lo que sucede cuando se mezcla la mecánica cuántica y la gravedad”, dijo Gely. “Tales experimentos son difíciles, pero si tienen éxito podríamos probar si podemos hacer una superposición cuántica del espacio-tiempo mismo, un nuevo concepto que pondría a prueba nuestra comprensión tanto de la mecánica cuántica como de la relatividad general”.

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