- Noticias / Rompiendo simetrías: nuevos sensores cuánticos para entornos atómicos dinámicos
NUEVAS PUBLICACIONES
Rompiendo simetrías: nuevos sensores cuánticos para entornos atómicos dinámicos
Científicos del INN (CNEA–CONICET) desarrollaron una nueva técnica que usa la ruptura de simetría temporal para detectar señales cuánticas invisibles en entornos atómicos dinámicos.
Compartir en
redes sociales
Un equipo de investigación argentino propuso una novedosa técnica basada en la ruptura de la simetría temporal para detectar señales sutiles en entornos cuánticos complejos y fuera de equilibrio. Esta estrategia podría revolucionar la forma en que observamos el mundo a escala atómica.
Un equipo liderado por Martín Kuffer, Analía Zwick y Gonzalo Álvarez, investigadores del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología (CNEA–CONICET), presentó en la prestigiosa revista PRX Quantum una innovación que podría marcar un antes y un después en el desarrollo de sensores cuánticos: sistemas capaces de explorar ambientes atómicos dinámicos, fuera de equilibrio y con propiedades cuánticas difíciles de medir con técnicas tradicionales.
El desafío de medir lo que no se ve
En la naturaleza, todo está en movimiento: los átomos vibran, los electrones se desplazan y el tiempo mismo puede alterar el comportamiento de los sistemas cuánticos. Medir lo que ocurre en este nivel, sin perturbarlo, es un reto inmenso.
Los sensores cuánticos —basados en sistemas cuánticos como los qubits— permiten observar ese mundo. Sin embargo, cuando el entorno cambia constantemente, como en materiales vivos o reacciones químicas rápidas, esos sensores pierden precisión o directamente fallan.
¿La solución? Aprovechar la ruptura de simetría temporal
El equipo descubrió que, al interactuar con entornos dinámicos, un qubit (1) rompe la simetría temporal: si se invierte el orden del control en el tiempo, su evolución no se reproduce igual. Esa diferencia, ahora considerada un obstáculo, se convierte en una poderosa herramienta para leer señales del entorno. Ese "obstáculo", fue la idea clave que introdujo este equipo de científicos para desarrollar la técnica.
“Este trabajo surge como la continuación de una línea de investigación ya existente en el grupo. Nos propusimos medir experimentalmente un sistema fuera de equilibrio con un sensor cuántico. Así llegamos a la idea de realizar dos experimentos temporalmente asimétricos y compararlos”, explica Martín Kuffer. “Nos dimos cuenta de que lo que observábamos se podía entender como una ruptura de simetría de reversión temporal”.
Ese fenómeno es la base de SENSIT (Sensing of Environmental Non-Symmetric Information due to T-symmetry breaking), el enfoque propuesto.
¿Qué hace especial a esta técnica?
A diferencia de otros sensores, SENSIT no solo detecta, sino que distingue fenómenos específicos dentro del ruido cuántico.
“Cuando un sensor mide un ambiente, detecta muchas cosas al mismo tiempo. Lo que hace nuestra técnica es permitir separar solo la parte que rompe la simetría temporal. Es como sintonizar una radio: pasás del ruido a escuchar una señal clara”, dice Kuffer.
Además, puede aplicarse a distintos sensores existentes (como qubits en diamantes o sistemas de resonancia magnética nuclear) y aumentar su precisión en contextos donde las técnicas tradicionales fallan.
¿Qué significa detectar una “firma cuántica” o un “cristal de tiempo”?
En palabras simples, los entornos cuánticos fluctúan, como una bandeja con arena que vibra y forma montañitas. A escalas atómicas, esas fluctuaciones son cuánticas, y sus patrones únicos son una “firma” del entorno, que el sensor puede leer.
“Los cristales del tiempo, por ejemplo, son una fase de la materia donde hay oscilaciones permanentes (2), como un péndulo que nunca se detiene. Estas variaciones constantes generan fluctuaciones que SENSIT puede identificar”, explica el investigador.
¿Cuán cerca está de usarse fuera del laboratorio?
“Ya probamos esta técnica en experimentos con resonancia magnética nuclear y estamos implementándola en sensores cuánticos con diamantes, junto a colaboradores del exterior”, comenta Kuffer. “Dado el interés que hay desde la industria, no me sorprendería que cada vez más de estas técnicas lleguen a tecnologías que se vean en el día a día”.
La herramienta desarrollada es general y compatible con tecnologías existentes, lo que acelera su potencial adopción.
Este avance convierte un problema cuántico en una oportunidad: usar la asimetría del tiempo como una ventana para observar lo invisible. SENSIT permite detectar propiedades ocultas de entornos complejos, desde correlaciones cuánticas no gaussianas hasta cristales de tiempo. Con sensores que entienden el lenguaje de lo diminuto, la ciencia da un paso más hacia lo imposible: medir lo que antes no podía medirse.
[1] Path Integral Framework for Characterizing and Controlling Decoherence Induced by Nonstationary Environments on a Quantum Probe. Martin Kuffer, Analia Zwick y Gonzalo A. Álvarez. PRX Quantum 3, 020321 – Publicado 29 de Abril, 2022.
[2] Lograron Fabricar “Cristales de Tiempo” con Potenciales Aplicaciones en Tecnología. https://www.ib.edu.ar/lograron-fabricar-cristales-de-tiempo-con-potenciales-aplicaciones-en-tecnologia/