Investigadores del Instituto Niels Bohr (NBI) de la Universidad de Copenhague han desarrollado un nuevo sistema cuántico ajustable que logra un rendimiento de sensores que supera el límite cuántico estándar mediante la compresión dinámica de ruido cuántico. Este logro se publicó en la revista Nature, proporcionando herramientas innovadoras para la detección de ondas gravitacionales, diagnósticos biomédicos y tecnologías cuánticas.
La tecnología de sensores ópticos tradicional está limitada por el límite cuántico estándar —una barrera práctica causada por ruido de medición a escala microscópica. El equipo del NBI utilizó técnicas de enredo a gran escala, combinando estados de luz multifotónicos con grandes ensambles de espines atómicos, logrando por primera vez la compresión correlacionada en frecuencia. Esta combinación tecnológica puede reducir dinámicamente el ruido cuántico en un ancho de banda amplio; su núcleo radica en utilizar sistemas de espines de "masa negativa" para invertir el signo del ruido: cuando la señal del sensor se combina con la señal del ensamble de espines, el ruido inverso (ruido producido por interferencias de medición) y el ruido de detección (incertidumbre en la lectura de la señal) se suprimen sincrónicamente. El responsable del proyecto, el profesor Eugene Polzik, explicó: "El sistema interactúa a través de dos haces de luz enredados con el sensor y el sistema de espines, y después de fusionar las señales de detección, logra una mejora de sensibilidad en banda ancha".
La compacidad del nuevo sistema es su ventaja clave. Los detectores tradicionales de ondas gravitacionales dependen de resonadores ópticos de cientos de metros para la compresión de ruido, mientras que el esquema del NBI alcanza efectos equivalentes con equipo de escritorio. Por ejemplo, el detector LIGO de EE.UU. utiliza cavidades resonantes de 300 metros, y el futuro Telescopio Einstein europeo planea expandirse a kilómetros, pero esta investigación hace posible equipos miniaturizados. En el campo biomédico, el sistema puede mejorar la resolución de imágenes por resonancia magnética (MRI), ayudando en la detección temprana de enfermedades del sistema nervioso, o aumentar la sensibilidad de biosensores para optimizar procesos de diagnóstico. Además, su arquitectura soporta aplicaciones en repetidores cuánticos y memorias cuánticas, abriendo nuevas vías para comunicaciones seguras a larga distancia y redes de computación cuántica.
Este logro marca un paso importante en la transición de la tecnología de sensores cuánticos de prototipos de laboratorio a aplicaciones prácticas. Los investigadores están explorando la estabilidad del sistema en entornos extremos y planean colaborar con proyectos europeos de detección de ondas gravitacionales para verificar su potencial en observaciones cosmológicas. El profesor Polzik enfatizó: "Desde percibir ondulaciones en el espacio-tiempo hasta decodificar señales de actividad vital, esta tecnología está redefiniendo los límites de la medición en la era cuántica".
