¿Adiós al GPS? Las brújulas cuánticas, cada vez más cerca de formar parte de nuestra vida cotidiana
La comunicación satelital ha sido un gran avance pero no siempre es tan fiable Es por esto que un equipo de científicos ha dado un paso crucial en el desarrollo de navegación en base a la física cuántica.
Los investigadores han dado un paso crucial hacia la fabricación de una “brújula cuántica” portátil que algún día podría ayudarnos a navegar sin el Sistema de Posicionamiento Global (GPS).
“Creo que es realmente emocionante”, declaró en un comunicado Ashok Kodigala, autor principal del estudio y científico especializado en fotónica de silicio del Laboratorio Nacional Sandia de Albuquerque. “Estamos avanzando mucho en la miniaturización para muchas aplicaciones diferentes”.
El preciso sensor de movimiento podría minimizar la dependencia de los satélites de posicionamiento global. Esto se debe a que la comunicación satelital ha sido un gran avance, pero no siempre es tan fiable: las radiaciones provenientes del Sol y otros embates del clima espacial pueden limitar su efectividad y disponibilidad.
Revolución tecnológica en base a la reducción de tamaño
Al igual que la luz, los electrones se comportan a veces como ondas. La interferometría atómica aprovecha esta propiedad para medir con precisión la aceleración, la rotación y la velocidad angular. Estas variables podrían ayudar a los usuarios de brújulas cuánticas a medir y seguir su propia posición sin necesidad de utilizar el GPS, que depende de la transmisión continua de señales entre los dispositivos y los satélites.
A diferencia de un láser, que emite un haz de luz, un interferómetro atómico emite un haz de átomos superfríos y utiliza luz en lugar de espejos para manipularlo. El interferómetro mide la diferencia de fase (es decir, si los picos y los valles de las ondas se alinean entre sí) entre los átomos de diferentes trayectorias. Cualquier cambio de energía en las dos trayectorias, como cuando un átomo recibe energía de una interacción con la luz, hará que los átomos entren y salgan de fase. Los científicos pueden utilizarlo para medir la velocidad de aceleración de los átomos.
Normalmente, los seis interferómetros atómicos necesarios para fabricar una brújula cuántica cabrían dentro de una casa pequeña. Pero los científicos redujeron parte del sistema aprovechando los circuitos fotónicos integrados -una tecnología láser en miniatura ya existente- para construir moduladores diminutos que pueden ajustar la frecuencia del haz para distintas funciones.
Dispositivo de silicio de producción masiva y más asequible
Además del tamaño, el costo ha sido un gran obstáculo para la implementación de dispositivos de navegación cuántica. Todo interferómetro atómico necesita un sistema láser, y los sistemas láser necesitan moduladores.
“Un solo modulador de banda lateral única de tamaño completo, disponible comercialmente, cuesta más de 10.000 dólares”, dijo el científico de Sandia, Jongmin Lee.
“Podemos fabricar cientos de moduladores en una sola oblea de 8 pulgadas e incluso más en una oblea de 12 pulgadas”, dijo Kodigala.
Y dado que se pueden fabricar utilizando el mismo proceso que prácticamente todos los chips de computadora, "este sofisticado componente de cuatro canales, que incluye características personalizadas adicionales, se puede producir en masa a un costo mucho menor en comparación con las alternativas comerciales actuales, lo que permite la producción de unidades de medición inercial cuántica a un costo reducido", dijo Lee.
La navegación sin GPS, una cuestión de seguridad
Lee enfatizó tambien la cuestión de seguridad: “La navegación precisa se convierte en un reto en el mundo real cuando no se dispone de señales GPS”, indicó.
En una zona de guerra, estas dificultades plantean riesgos para la seguridad nacional, ya que las unidades de guerra electrónica pueden interferir o falsear las señales de los satélites para perturbar los movimientos y operaciones de las tropas. La detección cuántica ofrece una solución a esto.
“Aprovechando los principios de la mecánica cuántica, estos sensores avanzados proporcionan una precisión sin precedentes en la medición de la aceleración y la velocidad angular, lo que permite una navegación precisa incluso en zonas sin GPS”, afirmó Lee.
Referencia de la noticia:
Ashok Kodigala et al., High-performance silicon photonic single-sideband modulators for cold-atom interferometry. Sci. Adv.10, eade4454 (2024). DOI:10.1126/sciadv.ade4454.