MIT desarrolla un nuevo dispositivo cuántico que podría revolucionar el uso de radares y sensores

Un equipo de investigadores del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha creado un dispositivo híbrido y escalable que permite generar señales cuánticas para radares y sensores a temperatura ambiente.

Este avance podría transformar el desarrollo de tecnologías de procesamiento avanzado de señales y comunicaciones seguras, ya que elimina la necesidad de sistemas de enfriamiento voluminosos y costosos, tradicionalmente asociados con los dispositivos cuánticos.

El reto de la tecnología cuántica y la temperatura

La mayoría de los sistemas de radar de alto rendimiento logran detectar señales extremadamente débiles mediante el uso de fotones de microondas, partículas fundamentales en estos procesos. Los científicos suelen emplear dispositivos conocidos como uniones Josephson, que permiten dividir un fotón de microondas en dos señales correlacionadas: una transmite la información y la otra la decodifica.

Estas uniones forman parte de circuitos superconductores, ampliamente utilizados en redes de comunicación segura. No obstante, estos circuitos requieren temperaturas inferiores a los −273 grados Celsius (−459 ℉) para funcionar correctamente, lo cual solo se consigue con criostatos industriales que consumen mucha energía y ocupan espacio.

El descubrimiento: magnones y microondas sincronizados

El grupo de investigación liderado por Luqiao Liu, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación de MIT, buscaba inicialmente otras aplicaciones cuando identificó que las señales de microondas correlacionadas pueden generarse sin circuitos superconductores enfriados, utilizando sistemas magnéticos.

El método consiste en colocar una película magnética en un resonador de microondas. Esta configuración permite dividir los fotones de microondas entrantes en dos señales sincronizadas, pero con frecuencias distintas, logrando el proceso a temperatura ambiente. El dispositivo emplea magnones, pequeños paquetes de energía magnética.

Cuando los fotones de microondas interactúan con el sistema magnético, se generan dos magnones de la misma frecuencia, que luego deben separarse: uno se utiliza para la transmisión de señales y el otro para la detección.

Un dispositivo híbrido y seguro

El avance técnico del equipo permitió crear ondas híbridas magnon-fotón con frecuencias de microondas sincronizadas pero distintas. Esto introduce una ventaja clave en materia de seguridad: un posible atacante no puede decodificar la señal sin conocer la frecuencia correspondiente, que opera como una clave.

“Los sistemas magnónicos presentan una gama notablemente amplia de dinámicas no lineales, pero estas no se habían aprovechado aún para aplicaciones prácticas”, dijo Liu en un comunicado de la universidad.

Liu explicó que, al utilizar el acoplamiento entre magnones y fotones de microondas, fue posible separar las frecuencias de los magnones y así diferenciar los canales de transmisión y detección.

Implicaciones para comunicaciones y simuladores cuánticos

El dispositivo desarrollado por MIT abre la posibilidad de construir sistemas de comunicación resistentes al ruido. El receptor puede decodificar mensajes incluso cuando los datos transmitidos sufren interferencias aleatorias, una característica esencial para entornos hostiles o de alta seguridad.

Además, este tipo de señales de microondas resulta útil en el funcionamiento de simuladores cuánticos, dispositivos diseñados para ejecutar cálculos complejos sobre partículas subatómicas, con aplicaciones potenciales en el desarrollo de medicamentos y materiales innovadores.

La capacidad de generar estas señales a temperatura ambiente hace que la tecnología sea más asequible y fácil de escalar, lo que podría facilitar su adopción en contextos prácticos, como señaló MIT News.

De acuerdo con Can-Ming Hu, profesor de física y astronomía en la Universidad de Manitoba en Canadá, quien no participó en el estudio, “este avance tendrá un impacto amplio en las comunicaciones por microondas seguras, la generación de números aleatorios en hardware, el procesamiento de señales basado en correlaciones y la detección inteligente con microondas, todo funcionando en el régimen clásico a temperatura ambiente”.

Hu añadió que, a futuro, esta plataforma podría marcar el inicio de las tecnologías de comunicación y detección por microondas inspiradas en la cuántica, utilizando la llamada “cavitónica no lineal de magnones”.