De tuberías a tesoros arqueológicos, así es el radar cuántico que puede ver a través del suelo

Un equipo de físicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de Estados Unidos, en colaboración con la empresa de defensa RTX, desarrolló un prototipo de radar cuántico capaz de detectar objetos enterrados bajo tierra, según reportó MIT Technology Review.

Este avance utiliza una nube de átomos de cesio como núcleo tecnológico y promete transformar la localización de tuberías, cables y diversos elementos ocultos en sectores como la construcción, la arqueología y la industria energética.

Funcionamiento y ventajas del radar cuántico

El radar cuántico desarrollado por el NIST envía ondas de radio hacia el subsuelo y capta las señales reflejadas en objetos ocultos. A diferencia de los sistemas tradicionales, que requieren grandes antenas para detectar estas señales, el nuevo dispositivo emplea una pequeña celda de vidrio llena de átomos de cesio.

Matthew Simons, físico del NIST e integrante del equipo de investigación, explicó a MIT Technology Review que este método reduce notablemente el tamaño del receptor: “En lugar de una estructura metálica de gran tamaño para recibir la señal, ahora podemos utilizar una pequeña celda de vidrio con átomos, que puede tener apenas un centímetro de tamaño”.

El funcionamiento de este sistema se basa en la manipulación de los átomos de cesio, que permanecen a temperatura ambiente dentro de la celda. Mediante láseres, los científicos expanden cada átomo hasta dimensiones cercanas a las de una bacteria, unas 10.000 veces su tamaño habitual.

Estos átomos, llamados átomos de Rydberg, presentan una sensibilidad excepcional a las ondas de radio. Cuando una onda incide sobre ellos, la distribución de electrones en torno a sus núcleos cambia. El equipo detecta este fenómeno iluminando los átomos con láseres, lo que provoca que emitan luz de un color distinto si interactuaron con una onda de radio. Así, el color de la luz emitida revela la presencia de ondas de radio y convierte a los átomos en receptores de alta precisión.

Michał Parniak, físico de la Universidad de Varsovia, resaltó a MIT Technology Review que los átomos de Rydberg pueden adaptarse a múltiples frecuencias, lo que permite que un solo dispositivo compacto cubra distintas necesidades. Además, la uniformidad de los átomos de cesio, idénticos entre sí y con propiedades asociadas a constantes fundamentales, reduce la frecuencia de calibración y supera las limitaciones de los sistemas convencionales.

Para validar el diseño, el equipo del NIST colocó el radar en una sala especial con picos de espuma en paredes, techo y suelo para minimizar interferencias externas.

Dispusieron objetos como una placa de cobre similar a una hoja de papel, tuberías y una varilla de acero a distancias de hasta cinco metros. El radar detectó estos objetos con una precisión de hasta 4,7 centímetros, según datos difundidos en arXiv y citados por MIT Technology Review.

Aplicaciones y perspectivas de los sensores cuánticos

Este avance sienta las bases para la integración de sensores cuánticos en dispositivos comerciales. Parniak, aunque no intervino en el desarrollo, enfatizó que la integración eficiente del receptor cuántico con el sistema completo supera ensayos anteriores que solo demostraban la sensibilidad de los átomos de Rydberg. Otros equipos investigan aplicaciones similares, como el diagnóstico de chips en radares para automóviles o la medición de la humedad del suelo mediante sensores de Rydberg.

Los sensores cuánticos aprovechan propiedades fundamentales de los átomos para mejorar la precisión y disminuir la necesidad de calibraciones frecuentes. Ejemplos destacados de esta tecnología son giroscopios cuánticos para navegación y sensores de diamante con impurezas para detectar campos magnéticos en aplicaciones biomédicas.

La inversión internacional en sensores y computadoras cuánticas alcanza miles de millones de dólares, y ambos campos comparten elementos como los átomos de Rydberg.

Los avances en sensores y en computación cuántica pueden potenciarse mutuamente. Parniak explicó que utilizó una técnica de corrección de errores, propia de la computación cuántica, para optimizar la precisión de sensores basados en átomos de Rydberg.

Retos y limitaciones del radar cuántico

Aunque se lograron avances significativos, el radar cuántico aún continúa enfrentando desafíos técnicos previos a su comercialización.

Los ingenieros del proyecto señalan la urgencia de incrementar la sensibilidad del aparato para captar señales más débiles, lo que requerirá mejoras en el recubrimiento de la celda de vidrio. Simons advirtió que este radar no reemplazará todos los sistemas presentes en el mercado y que su principal utilidad será en aplicaciones sumamente específicas que exijan dispositivos compactos.