Científicos han descubierto que una propiedad física llamada ‘negatividad cuántica’ puede usarse para tomar medidas más precisas de todo, desde distancias moleculares hasta ondas gravitacionales.

Los investigadores, de la Universidad de Cambridge, Harvard y el MIT, han demostrado que las partículas cuánticas pueden transportar una cantidad ilimitada de información sobre las cosas con las que han interactuado. Los resultados, publicados en la revista Nature Communications, podrían permitir mediciones mucho más precisas y potenciar nuevas tecnologías, como microscopios súper precisos y computadoras cuánticas.

La metrología es la ciencia de las estimaciones y mediciones. De la misma manera que se espera que la computación cuántica revolucione la forma en que se realizan los cálculos complicados, la metrología cuántica, utilizando el extraño comportamiento de las partículas subatómicas, puede revolucionar la forma en que medimos las cosas.

Estamos acostumbrados a lidiar con probabilidades que van del 0% (nunca sucede) al 100% (siempre pasa). Sin embargo, para explicar los resultados del mundo cuántico, el concepto de probabilidad debe ampliarse para incluir una llamada cuasi-probabilidad, que puede ser negativa.

Esta cuasi-probabilidad permite que conceptos cuánticos como la ‘acción fantasmal a distancia’ de Einstein y la dualidad onda-partícula se expliquen en un lenguaje matemático intuitivo. Por ejemplo, la probabilidad de que un átomo se encuentre en una determinada posición y viaje con una velocidad específica podría ser un número negativo, como -5%.

Se dice que un experimento cuya explicación requiere probabilidades negativas posee ‘negatividad cuántica’. Los científicos ahora han demostrado que esta negatividad cuántica puede ayudar a tomar medidas más precisas.

Toda metrología necesita sondas, que pueden ser escalas simples o termómetros. Sin embargo, en la metrología de vanguardia, las sondas son partículas cuánticas, que pueden controlarse a nivel subatómico. Estas partículas cuánticas están hechas para interactuar con la cosa que se está midiendo. Luego, las partículas son analizadas por un dispositivo de detección.

En teoría, cuanto mayor sea el número de partículas de sondeo, más información estará disponible para el dispositivo de detección. Pero en la práctica, hay un límite en la velocidad a la que los dispositivos de detección pueden analizar partículas. Lo mismo es cierto en la vida cotidiana: ponerse gafas de sol puede filtrar el exceso de luz y mejorar la visión. Pero hay un límite en cuanto a la cantidad de filtrado que puede mejorar nuestra visión: tener gafas de sol demasiado oscuras es perjudicial.

«Hemos adaptado herramientas de la teoría de la información estándar a las cuasi-probabilidades y hemos demostrado que filtrar partículas cuánticas puede condensar la información de un millón de partículas en una», dijo en un comunicado el autor principal, el doctor David Arvidsson-Shukur del Laboratorio Cavendish de Cambridge.

«Eso significa que los dispositivos de detección pueden funcionar a su tasa de flujo ideal mientras reciben información correspondiente a tasas mucho más altas. Esto está prohibido de acuerdo con la teoría de probabilidad normal, pero la negatividad cuántica lo hace posible».

Un grupo experimental en la Universidad de Toronto ya comenzó a construir tecnología para utilizar estos nuevos resultados teóricos. Su objetivo es crear un dispositivo cuántico que utilice luz láser de fotón único para proporcionar mediciones increíblemente precisas de componentes ópticos. Dichas mediciones son cruciales para crear nuevas tecnologías avanzadas, como las computadoras cuánticas fotónicas.

«Nuestro descubrimiento abre nuevas y emocionantes formas de usar fenómenos cuánticos fundamentales en aplicaciones del mundo real», dijo Arvidsson-Shukur.

La metrología cuántica puede mejorar las mediciones de cosas que incluyen distancias, ángulos, temperaturas y campos magnéticos. Estas mediciones más precisas pueden conducir a tecnologías mejores y más rápidas, pero también a mejores recursos para investigar la física fundamental y mejorar nuestra comprensión del universo.

Por ejemplo, muchas tecnologías se basan en la alineación precisa de los componentes o la capacidad de detectar pequeños cambios en los campos eléctricos o magnéticos. Una mayor precisión en la alineación de los espejos puede permitir microscopios o telescopios más precisos, y mejores formas de medir el campo magnético de la Tierra pueden conducir a mejores herramientas de navegación.

Fuente: europapress.es