Representación de las señales emitidas y recibidas por un sensor cuántico.
Crédito: Pobytov. Vía iStock.

La tecnología cuántica está empezando a desarrollarse en nuestra sociedad. En estos momentos, da sus primeros pasos y muchas de sus funcionalidades siguen en el terreno de las posibilidades. Pero poco a poco la ciencia ha logrado conquistar cada vez más territorio. De allí que se estén desarrollando, por ejemplo, nuevos procesos con los que optimizar los controles de elementos como los sensores cuánticos.

La investigación que ha puesto esta posibilidad en el mapa se publicó recientemente en Nature Partner Journals (nnj) Quantum Information. Para su realización, contó con la colaboración de los físicos Paraj Titum, Kevin Schultz, Alireza Seif, Gregory Quiroz y B. D. Clader.

A través de su trabajo conjunto en el Laboratorio de Física Aplicada (APL) de la Universidad Johns Hopkins, pudieron identificar alternativas nuevas con las cuales poder mejorar el funcionamiento de los sensores cuánticos. De este modo, sus detalladas habilidades de detección finalmente podrían empezar a reflejarse en la realidad y no solo en campos teóricos o experimentales.

Este nuevo enfoque podría ayudar a optimizar los controles de los sensores cuánticos

Las tecnologías de detección de la actualidad podrían dar un salto notorio si pudieran contar con la asistencia del mundo de posibilidades cuánticas. Sin embargo, hasta la fecha, ejercer los debidos controles sobre los sensores cuánticos ha sido un desafío que no ha permitido optimizar sus funciones.

Ahora, el grupo de físicos que se dio a la tarea de intentar superar este obstáculo ha encontrado una posible solución. Con ella, dos herramientas teóricas usadas para procesar información cuántica podrían ser el detalle que se necesita para llevar a los detectores al siguiente nivel.

Hasta el momento, los sensores cuánticos han mostrado ser especialmente efectivos a la hora de detectar señales leves o débiles que otros equipos simplemente no podrían. Ahora, controlar dicha capacidad de detección no ha sido fácil y termina por generar lecturas llenas de “ruido de fondo”.

Con el nuevo sistema propuesto por los investigadores, se podría aprovechar la sensibilidad innata de estos sensores mientras que también se bloquea la interferencia de los ruidos externos. Una mejora que podría usarse de forma universal en las variadas presentaciones dentro de las cuales podrían venir estos sensores en el mercado.

“Nuestros resultados se pueden implementar fácilmente en una variedad de plataformas de detección cuántica y computación cuántica, como qubits superconductores, diamantes NV y carburo de silicio”, acotó Titum.

Una solución clásica para un problema nuevo

A pesar de que los sensores cuánticos y la tecnología que los rodea son una novedad, las estrategias que se han usado para optimizar sus controles no lo son tanto. De hecho, en esencia, se manejan con el mismo principio que permite que las redes de bits comunes se transporten y comuniquen sin sufrir demasiada interferencia.

“De manera más general, desarrollamos una técnica numérica simple para señales arbitrarias y ruido de fondo”, explicó Titum.

En otras palabras, los investigadores desarrollaron un esquema de filtrado combinado –un clásico del procesamiento de señales– que puede acoplarse a las demandas de los nuevos sistemas cuánticos.

Referencia:

Optimal control for quantum detectors: https://doi.org/10.1038/s41534-021-00383-5

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