Desarrollan una técnica pionera para detectar señales imperceptibles del mundo cuántico

A diferencia de la percepción que tienen de los objetos las personas en su vida cotidiana, donde estos ocupan posiciones y trayectorias bien definidas, y todo parece seguir un orden lógico, el mundo cuántico es un ámbito complejo habitado por partículas invisibles que pueden estar en varios lugares a la vez e interactuar entre sí de manera impredecible.

Para estudiar lo que ocurre en este universo invisible y caótico, especialistas del CONICET en física cuántica desarrollaron una técnica innovadora que abre simultáneamente posibilidades en varios campos, como el diseño de tecnologías cuánticas más estables, la optimización de imágenes médicas o la exploración de fenómenos de la física. Este nuevo método, presentado en la revista especializada PRX Quantum, permitiría, a partir de la utilización de sensores hechos con átomos ultrasensibles, “escuchar” el ruido cuántico; es decir, detectar modificaciones en el entorno cuántico y entender cómo funciona este universo invisible.

“Uno de los desafíos más difíciles de la física moderna es entender cómo se comportan los sistemas muy pequeños. Este avance puede tener impacto en múltiples áreas de las tecnologías cuánticas y biomédicas. Nuestro método permite hacer algo distinto: usar sensores cuánticos para detectar en tiempo real si el entorno cambia, si aparecen señales no clásicas o si ocurre algo inesperado. Esto puede aplicarse, por ejemplo, para estudiar procesos biológicos en acción: cómo reacciona una molécula dentro de una célula, cómo cambia una proteína durante una señal química, o cómo se inicia una enfermedad a nivel molecular”, explica Gonzalo Álvarez, investigador del CONICET en el Instituto en Nanociencia y Nanotecnología (INN, CONICET-CNEA) y uno de los autores del artículo. Y agrega: “Detectar esos cambios en tiempo real, uno por uno, podría ayudar a desarrollar mejores diagnósticos, tratamientos más tempranos o medicamentos que se ajusten con precisión a los procesos reales del cuerpo”.

También podría aplicarse en otros contextos, indica el científico, como “mejorar la estabilidad de las computadoras cuánticas, que hoy son extremadamente sensibles al ‘ruido cuántico’ de su entorno. Si logramos caracterizar mejor ese ruido, podríamos diseñar nuevas estrategias para controlarlo y avanzar hacia dispositivos más confiables y útiles”. Asimismo, resalta que esta técnica permitirá explorar fenómenos fundamentales de la naturaleza, “como el caos cuántico o la ruptura de la simetría del tiempo, en condiciones reales y no ideales de laboratorio”, expresa Álvarez.

Para comprender el entorno cuántico y lograr detectar señales imperceptibles, transformaron un fenómeno sutil en una señal medible: “Usamos átomos que viven en ese mundo cuántico y los controlamos cuidadosamente para convertirlos en sensores. Los llamados sensores cuánticos son sistemas diminutos capaces de captar señales casi imperceptibles, como si fueran micrófonos ultrasensibles a escala atómica. Con ellos, logramos detectar cómo se comporta el entorno que los rodea, en especial cuando ese entorno se vuelve impredecible o ‘fuera de control’, como un río que se desborda y se llena de remolinos”, detalla Álvarez.

Por su parte, Analía Zwick, también investigadora del CONICET en el INN, afirma: “Nuestro trabajo abre una nueva vía para explorar ambientes cuánticos complejos que, hasta ahora, eran difíciles o imposibles de caracterizar”. Zwick describe al mundo cuántico como un lugar donde las partículas “interactúan como si estuvieran bailando, con música impredecible y con coreografías que desafían toda intuición”. En relación a los próximos pasos a seguir la investigadora comenta: “Queremos profundizar el estudio del desorden cuántico, entender cómo distintas formas de caos y ruptura de simetría temporal afectan el comportamiento de los sensores, y cómo podemos usar esa información para hacer nuevas preguntas sobre el tiempo, la irreversibilidad y el comportamiento colectivo de partículas cuánticas”.

Para finalizar, el equipo de investigación subraya el aporte de la ciencia argentina con impacto global, “tenemos una motivación profunda, contribuir al desarrollo de tecnologías cuánticas desde Argentina. Creemos que, desde aquí, podemos generar conocimiento original y soluciones innovadoras para desafíos globales, demostrando que es posible hacer ciencia de frontera con impacto internacional desde nuestro país”, opina Zwick. En ese sentido, están desarrollando colaboraciones con grupos líderes en tecnologías cuánticas a nivel internacional, que incluyen “proyectos que apuntan a implementar estas herramientas en escenarios reales sobre avances en imágenes biomoleculares y diagnóstico temprano a escala atómica. Estas alianzas fortalecen nuestra capacidad de llevar la ciencia desde el laboratorio hacia aplicaciones concretas”, concluye la científica.