Una nueva era para las mediciones cuánticas
La metrología es la rama de la ciencia dedicada a proporcionar trazabilidad, precisión y coherencia en las mediciones. El sistema internacional (SI) ha establecido tradicionalmente los estándares y las definiciones mundiales de las unidades físicas en las que se basan todas estas mediciones. En la práctica, esto significa que, desde el siglo XIX, el kilogramo, o el metro, de referencia se mantiene en París. Después, los estándares nacionales de metrología se han calibrado con arreglo a dichos estándares.
Estándar cuántico universal para la corriente eléctrica
Sin embargo, en 2019, el SI se redefinió en términos de constantes fundamentales de la naturaleza. Esto significa que muchas unidades de medida ya no necesitan llevarse a cabo mediante un método o dispositivo específico. Esto ha abierto nuevas posibilidades para realizar mediciones precisas de las corrientes eléctricas a nivel cuántico, mediante la búsqueda y confirmación de constantes fundamentales. El equipo del proyecto QUANTUM E-LEAPS, financiado con fondos europeos, pretendía avanzar en la metrología cuántica eléctrica, centrándose en un proceso fundamental denominado deslizamiento de fase cuántica coherente (CQPS, por sus siglas en inglés). Para ello, en el proyecto se examinaron nanohilos superconductores, cables con diámetros medidos a escala nanométrica. «Porciones de nanohilos presentan fluctuaciones de energía que resisten instantáneamente la corriente —explica el coordinador del proyecto, Antti Kemppinen, del Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia —. Conocidos como deslizamientos de fase cuántica, queríamos ver si este fenómeno podía utilizarse como estándar cuántico equivalente dinámico para el voltaje».
Estándar actual integrado basado en CQPS
Los científicos llevan mucho tiempo prediciendo que la física en este caso sería la misma que en el actual estándar de la corriente cuántica, conocido como uniones Josephson. El equipo pudo demostrar que un estándar basado en CQPS podía integrarse efectivamente en el estándar de tensión existente. «Encontramos pruebas del fenómeno esencial que buscábamos —afirma Kemppinen—. Sin embargo, esto sigue siendo ciencia fundamental. El trabajo se centró en mejorar nuestra comprensión de la física básica».
Simplificar las mediciones eléctricas
El objetivo final a largo plazo de este trabajo es avanzar hacia un estándar de corriente cuántica basado en esta constante fundamental de la naturaleza. La ventaja principal sería la facilidad de uso, gracias a la simplificación de las mediciones eléctricas. «Un buen ejemplo de su potencial son los sistemas mundiales de navegación por satélite —añade Kemppinen—. No es necesario calibrar los satélites de posicionamiento global, porque se basan en la metrología fundamental: el reloj atómico». Los relojes atómicos miden el tiempo controlando la frecuencia de resonancia de los átomos y son extremadamente precisos. Esto les permite enviar datos de posicionamiento directamente a nuestro teléfono inteligente, sin necesidad de que un científico ajuste o maneje el teléfono. «Para cualquier tipo de dispositivo, la facilidad de uso puede ser tan importante como el rendimiento —señala Kemppinen—. Pensemos en un coche. Aunque el coche tenga un acelerador excelente y sea técnicamente brillante, el beneficio social es escaso si se necesita un científico para conducirlo». Los resultados del proyecto QUANTUM E-LEAPS allanan el camino hacia unos estándares de corriente cuántica fáciles de usar, que podrían simplificar las calibraciones metrológicas que exige la industria electrónica. Esto podría dar lugar a aplicaciones directas en el floreciente campo de las tecnologías cuánticas, como la detección, la comunicación o la informática cuánticas.
Palabras clave
QUANTUM E-LEAPS, cuántico, eléctrico, metrología, energía, nanométrica, CQPS
