- El Laboratorio Nacional de Sandia desarrolla un sensor cuántico de bajo consumo que requiere solo 5 milivatios de potencia.
- Los sistemas de navegación cuántica son menos susceptibles a interferencias y ofrecen alta precisión, lo que resuelve la vulnerabilidad de las señales de satélite.
- El equipo de investigación se enfoca en integrar sensores cuánticos en circuitos fotónicos para mejorar la estabilidad en aplicaciones prácticas.
- Los resultados de la investigación han sido publicados en la revista "AVS Quantum Science".
Investigadores del Laboratorio Nacional de Sandia en Estados Unidos han desarrollado un sensor cuántico que requiere solo 5 milivatios de potencia, aproximadamente 2,000 veces menos que una bombilla LED estándar, y utiliza una fibra óptica de solo 420 nanómetros de grosor, 200 veces más delgada que un cabello humano. El desarrollo de este sensor y su tecnología relacionada allana el camino para la aplicación práctica de la tecnología de sensores cuánticos. En el mundo actual, la navegación depende en gran medida de las señales de satélite, desde aplicaciones de taxis, aeronaves comerciales, barcos de carga en el mar, hasta drones militares en combate, todos dependen de las señales de satélite para determinar su posición y navegar hacia su destino.
Con tal dependencia, los sistemas pueden ser fácilmente paralizados mediante la interferencia o falsificación de señales de satélite, lo cual puede lograrse mediante ruido electromagnético que sature estas señales.
Ventajas del sistema de navegación cuántico
Para abordar este problema, los científicos han estado investigando sistemas de navegación basados en cuántica, que no solo son menos susceptibles a interferencias, sino que también ofrecen una alta precisión. Existen varios métodos para el funcionamiento de estos sistemas, uno de los cuales es la interferometría atómica en espacio libre. En este método, los átomos ultrafríos se liberan en una cámara de vacío y se utiliza un láser para medir su movimiento. Sin embargo, las vibraciones u otras perturbaciones pueden hacer que estas mediciones sean poco fiables, lo que ha llevado a los científicos a buscar métodos más estables. La interferometría atómica guiada por luz confinada utiliza dispositivos no ópticos para guiar átomos, similar a canicas que fluyen en un tubo estrecho, asegurando que siempre estén bajo observación láser.
Jongmin Lee, científico de sensores cuánticos en el Laboratorio Nacional de Sandia, ha estado trabajando en el desarrollo de un dispositivo de tamaño mínimo que consume muy poca energía y puede ser utilizado en aplicaciones prácticas. La ambición de Lee es integrar este dispositivo en un circuito fotónico integrado, de manera que las mediciones puedan continuar incluso si el dispositivo sufre impactos. En situaciones reales, esto podría apoyar la navegación de vehículos que atraviesan terrenos accidentados o aviones que experimentan turbulencias. En un comunicado de prensa, Lee explicó: "La razón por la que esta idea no se ha realizado plenamente en la sociedad durante décadas es el desafío de disipar el calor en el vacío y la dificultad de cargar átomos de manera efectiva."
Innovación para resolver el problema de carga térmica
El láser necesita crear un efecto de anillo para guiar y contar los átomos en movimiento. Sin embargo, estos también son las principales fuentes de calor en el sistema, especialmente cuando se trata de componentes como fibras nanométricas, que son más finas que un cabello humano. En esta situación, los científicos siempre tienen que hacer concesiones. O bien utilizan un diseño frágil que puede cargar átomos de manera efectiva pero que es susceptible a daños en condiciones de alta temperatura, o bien utilizan un diseño robusto que puede manejar bien el calor pero que no puede cargar átomos de manera efectiva. Los investigadores del Laboratorio Nacional de Sandia, liderados por Lee, han resuelto este problema utilizando pequeñas agujas de silicio que fijan la guía de ondas a ambos lados y actúan como disipadores de calor.
Lee añadió en el comunicado de prensa: "Basándonos en nuestros resultados de investigación con nanofibras, hemos demostrado que los átomos de cesio pueden ser capturados con solo cinco milivatios de potencia óptica, y que la coherencia atómica puede medirse utilizando un haz de fibra acoplada de submicrovatios, minimizando la carga térmica en el vacío."
Después de resolver algunos de los problemas en el sistema, el equipo espera integrar el guía y otros componentes en un solo chip y construir un conjunto de sensores cuánticos inerciales. Estos resultados de investigación han sido publicados en la revista "AVS Quantum Science".
El impacto de los sensores cuánticos en la tecnología de navegación
Con el aumento de la dependencia de la tecnología de navegación en las señales de satélite, el desarrollo de sensores cuánticos se vuelve particularmente importante. Estos sensores no solo pueden resistir interferencias externas, sino que también mantienen una alta precisión en una variedad de entornos extremos, lo cual representa un gran avance para los sistemas de navegación militares, comerciales y civiles. La investigación del Laboratorio Nacional de Sandia no solo ha demostrado el potencial de la tecnología cuántica en aplicaciones prácticas, sino que también ha resuelto el problema de la carga térmica que ha preocupado a los científicos durante mucho tiempo, allanando el camino para futuros sistemas de navegación cuánticos.