Los sensores cuánticos permiten la navegación satelital: Luis A. Orozco
“Durante 2025, estas tecnologías participaron en la identificación de 161 nuevos eventos producidos por colisiones entre agujeros negros y estrellas de neutrones”
Desde la existencia del GPS en un teléfono móvil hasta la búsqueda de agujeros negros en el universo, pasando por el estudio de las corrientes eléctricas dentro de una célula, todo es posible gracias a los sensores cuánticos. Como parte del ciclo Universidades por la Ciencia, coordinado por Jaime Urrutia Fucugauchi, miembro de El Colegio Nacional, se realizó la conferencia ¿Qué son los sensores cuánticos?, impartida por Luis A. Orozco, investigador del Joint Quantum Institute de la University of Maryland.
El físico mexicano recordó que un sensor es un dispositivo capaz de detectar cambios en su entorno. “Un termómetro, por ejemplo, registra variaciones de temperatura, pero otros sensores pueden medir presión, humedad o acidez. En todos los casos, el principio es similar, un cambio físico o químico modifica alguna propiedad interna del dispositivo y esta alteración se transforma en una señal que puede analizarse y utilizarse”.
Detalló que los sensores cuánticos siguen la misma lógica, pero operan en una escala diferente. En lugar de utilizar propiedades clásicas de la materia, aprovechan las características propias del mundo cuántico. “Los sistemas cuánticos poseen niveles de energía definidos. Puede pensarse en ellos como estados que van del cero al uno. Cuando un sistema se encuentra en un nivel de energía superior, eventualmente puede regresar a un nivel inferior. La distancia entre esos niveles de energía y la velocidad con la que ocurre esa transición contienen información valiosa que puede utilizarse para realizar mediciones extraordinariamente precisas”.
En una analogía musical, cuando una cuerda de guitarra es tocada, vibra con una frecuencia determinada que produce un tono específico. Al mismo tiempo, esa vibración se va apagando gradualmente. El tono y la duración de la vibración contienen información sobre la cuerda y sobre las condiciones del entorno.
“En el universo cuántico, la guitarra es sustituida por un qubit, la unidad fundamental de información cuántica. Cuando una interacción externa perturba al qubit, cambia su frecuencia o modifica la rapidez con la que pierde energía. Midiendo cuidadosamente estos cambios, los científicos pueden detectar fenómenos extremadamente pequeños que pasarían inadvertidos para cualquier sensor convencional”.
De acuerdo con el especialista, los sensores cuánticos no solamente pueden medir variables clásicas como temperatura o presión. También son capaces de detectar campos magnéticos y eléctricos, estudiar fenómenos puramente cuánticos e incluso aprovechar propiedades tan extrañas como la superposición y el entrelazamiento cuántico para aumentar su sensibilidad.
Algunas de estas aplicaciones ya forman parte de la vida cotidiana. “Los relojes atómicos, considerados sensores cuánticos, son esenciales para el funcionamiento del Sistema de Posicionamiento Global (GPS). Sin ellos, la navegación satelital sería imposible”. Cada vez que una persona consulta una ruta en su teléfono móvil está utilizando, indirectamente, una tecnología basada en principios cuánticos.
Orozco sostuvo que uno de los aspectos más interesantes de los sensores cuánticos es que pueden fabricarse a escalas nanométricas. “Esta miniaturización abre posibilidades inéditas en biología y medicina. En un futuro cercano, podrían utilizarse para observar las diminutas corrientes eléctricas que transmiten información dentro de una célula o para estudiar el funcionamiento de estructuras celulares específicas con un nivel de detalle nunca antes alcanzado”.
Paradójicamente, estos sensores aprovechan una característica que representa uno de los mayores problemas para las computadoras cuánticas: su extrema sensibilidad al entorno. “Cuando los investigadores construyen una computadora cuántica intentan aislarla al máximo para evitar que cualquier perturbación externa altere su funcionamiento. Los sensores cuánticos hacen exactamente lo contrario. Transforman esa vulnerabilidad en una ventaja y utilizan los cambios provocados por el entorno para obtener información precisa sobre el mundo que los rodea”.
Según el científico, la palabra clave en el desarrollo de sensores cuánticos es sensibilidad. “Un buen sensor debe responder de manera intensa a la señal que se desea medir, pero al mismo tiempo debe contemplar el ruido producido por factores externos. Cuanto más abierta está la puerta para detectar señales, más fácil resulta que entren interferencias”.
Entre las aplicaciones más prometedoras destacan los magnetómetros cuánticos, dispositivos diseñados para medir campos magnéticos con una precisión “extraordinaria”. “Gracias a ellos podría estudiarse cómo circulan las corrientes eléctricas en la corteza cerebral, analizar procesos biológicos en plantas y animales, mejorar técnicas de diagnóstico médico e incluso detectar objetos ocultos bajo el agua mediante alteraciones en el campo magnético terrestre”.
El investigador destacó que los avances recientes en sensores cuánticos de tercera generación contribuyen a mejorar la detección de ondas gravitacionales. “Durante 2025, estas tecnologías participaron en la identificación de 161 nuevos eventos producidos por colisiones entre agujeros negros y estrellas de neutrones, un ritmo de descubrimiento que equivale aproximadamente a localizar un nuevo agujero negro cada tres días”.
Agregó que las técnicas desarrolladas para lograr lo anterior se han convertido en pilares fundamentales de la ingeniería cuántica moderna y encuentran aplicaciones en una amplia variedad de dispositivos, desde sensores de alta precisión hasta futuras computadoras cuánticas. “Lo que estamos haciendo en última instancia es proteger la información cuántica y asegurarnos de qué no sea destruida por factores externos”, concluyó.
Fuente: El Colegio Nacional
