LIGO ha confirmado hasta el momento 90 detecciones de ondas gravitacionales, pero los físicos quieren detectar más, lo que requerirá hacer el experimento aún más sensible. Y eso es un desafío.
“El problema de estos detectores es que cada vez que intentas mejorarlos, en realidad puedes empeorar las cosas, porque son muy sensibles”, dice Lisa Barsotti, física del Instituto Tecnológico de Massachusetts.
Sin embargo, Barsotti y sus colegas superaron recientemente este desafío y crearon un dispositivo que permitirá a los detectores de LIGO detectar muchas más fusiones de agujeros negros y colisiones de estrellas de neutrones. El dispositivo pertenece a una clase cada vez mayor de instrumentos que utilizan la compresión cuántica, una forma práctica para que los investigadores que trabajan con sistemas que operan según las reglas difusas de la mecánica cuántica manipulen esos fenómenos en su beneficio.
Los físicos describen los objetos en el reino cuántico en términos de probabilidades; por ejemplo, un electrón no está ubicado aquí o allá, pero tiene cierta probabilidad de estar en cada lugar, y se fija en uno solo cuando se miden sus propiedades. La compresión cuántica puede manipular las probabilidades y los investigadores la utilizan cada vez más para ejercer un mayor control sobre el acto de medición, mejorando drásticamente la precisión de los s ensores cuánticos como el experimento LIGO.
“En aplicaciones de detección de precisión en las que se desean detectar señales súper pequeñas, la compresión cuántica puede ser una gran ganancia”, afirma Mark Kasevich, físico de la Universidad de Stanford que aplica la compresión cuántica para fabricar magnetómetros, giroscopios y relojes más precisos con potencial. Aplicaciones para la navegación. Los creadores de tecnología comercial y militar también han comenzado a incursionar en la técnica: la startup canadiense Xanadu la utiliza en sus computadoras cuánticas, y el otoño pasado anunció DARPA. Inspirado, un programa para desarrollar tecnología de compresión cuántica en un chip. Echemos un vistazo a dos aplicaciones en las que ya se está utilizando la compresión cuántica para superar los límites de los sistemas cuánticos.
Tomando el control de la incertidumbre
El concepto clave detrás de la compresión cuántica es el fenómeno conocido como principio de incertidumbre de Heisenberg. En un sistema mecánico-cuántico, este principio pone un límite fundamental a la precisión con la que se pueden medir las propiedades de un objeto. Por muy buenos que sean tus aparatos de medición, sufrirán un nivel fundamental de imprecisión que forma parte de la propia naturaleza. En la práctica, eso significa que hay una compensación. Si se quiere seguir la velocidad de una partícula con precisión, por ejemplo, se debe sacrificar la precisión a la hora de conocer su ubicación, y viceversa. “La física impone límites a los experimentos, y especialmente a la medición de precisión”, dice John Robinson, físico de la startup de computación cuántica QuEra.
Sin embargo, al “comprimir” la incertidumbre en propiedades que no están midiendo, los físicos pueden ganar precisión en la propiedad que quieren medir. Los teóricos propusieron utilizar la medición de compresión ya en la década de 1980. Desde entonces, los físicos experimentales han ido desarrollando estas ideas; Durante la última década y media, los resultados han madurado desde extensos prototipos de mesa hasta dispositivos prácticos. Ahora la gran pregunta es qué aplicaciones se beneficiarán. “Apenas estamos entendiendo cuál podría ser la tecnología”, dice Kasevich. “Entonces, con suerte, nuestra imaginación crecerá para ayudarnos a encontrar para qué será realmente bueno”.