Investigadores de la Universidad de Illinois han desarrollado un innovador instrumento de medición que aprovecha las propiedades cuánticas de la luz para ofrecer una precisión sin precedentes en escalas nanométricas. Este nuevo dispositivo, liderado por el profesor de física Paul Kwiat, promete revolucionar diversas aplicaciones en campos como la medicina, la monitorización de sistemas remotos y la caracterización de materiales, especialmente en entornos donde la pérdida óptica y el ruido de fondo son desafíos significativos.
La tecnología de interferometría óptica que han implementado se basa en el entrelazamiento extremo de colores, lo que permite realizar mediciones más rápidas y precisas que las técnicas clásicas y cuánticas actualmente en uso. Colin Lualdi, estudiante de posgrado y autor principal del estudio, destaca que «al aprovechar tanto la interferencia cuántica como el entrelazamiento cuántico, podemos llevar a cabo mediciones que serían difíciles de realizar con los métodos existentes».
Las aplicaciones de esta herramienta son múltiples. Por ejemplo, puede utilizarse para medir muestras que transmiten luz de manera deficiente, como películas delgadas metálicas o tejidos biológicos. A diferencia de otros métodos, esta tecnología no requiere el contacto físico con el material medido, lo que la convierte en una opción más versátil. Además, es capaz de realizar mediciones en condiciones de luz brillante, donde los dispositivos tradicionales suelen fallar.
Interferometría cuántica frente a interferometría clásica
La interferometría óptica clásica es el estándar actual en mediciones de alta precisión. Este enfoque utiliza las propiedades de interferencia de la luz para medir distancias diminutas, pero se enfrenta a limitaciones en ciertas aplicaciones. Por ejemplo, la interferometría clásica tiene dificultades para medir muestras delgadas que no transmiten luz de manera eficaz, y la luz de fondo puede debilitar las señales de interferencia.
La interferometría cuántica, en cambio, aborda estas limitaciones al tratar la luz como partículas discretas llamadas fotones. En este método, se envía un fotón por cada brazo del interferómetro, lo que permite obtener una señal de interferencia más robusta. Este avance se traduce en una mayor sensibilidad y precisión, especialmente en condiciones adversas donde el ruido y la pérdida de señal son un problema.
Los investigadores han logrado aumentar la sensibilidad del interferómetro cuántico al entrelazar dos fotones de diferentes colores. Lualdi explica que «a medida que aumenta la diferencia en los colores de los fotones entrelazados, también aumenta la sensibilidad del interferómetro». Gracias a su diseño, el nuevo dispositivo puede generar pares de fotones entrelazados a una tasa de cientos de miles por segundo, lo que permite realizar mediciones más rápidamente.
Esta tecnología no solo es prometedora para la investigación científica, sino que también tiene el potencial de mejorar técnicas de diagnóstico en medicina y de estudiar materiales en condiciones que antes eran difíciles de abordar. Los investigadores ahora se centran en explorar cómo adaptar esta tecnología para mejorar aún más su aplicabilidad en diversas áreas, incluidas las mediciones biológicas y la observación de microorganismos fotosensibles.
