El nuevo circuito detecta las señales de radio más débiles permitidas por la mecánica cuántica

• Los físicos construyen un nuevo circuito que puede detectar pasos cuánticos (fotones) muy pequeños en señales de radiofrecuencia.
• Estos nuevos circuitos cuánticos podrían tener varias aplicaciones, desde imágenes por resonancia magnética nuclear hasta radioastronomía.

La detección de campos electromagnéticos de radiofrecuencia débiles desempeña un papel importante en varios campos, desde la resonancia magnética nuclear hasta la radioastronomía.

En óptica cuántica, la señal más débil es un solo fotón. Es realmente difícil detectar y manipular fotones individuales a frecuencias de megahercios porque no se pueden detener las fluctuaciones térmicas incluso a temperaturas criogénicas.

Ahora, los físicos de la Universidad Tecnológica de Delft han desarrollado un sistema que hace posible dicha detección. Han construido un circuito cuántico para detectar las señales más débiles (fotones o cuantos de energía) permitidas por la teoría de la mecánica cuántica.

Pequeños pasos cuánticos

En la mecánica cuántica, la energía se presenta en forma de pequeñas grietas conocidas como "cuantos". Permítame explicar esto con un ejemplo:digamos que está empujando un carrito de compras. Según la física clásica, si quieres ir más rápido, puedes darle al carro un empujón extra, proporcionando más energía y más velocidad.

Sin embargo, las leyes de la mecánica cuántica son bastante diferentes:solo se puede aumentar la energía del carro un "paso cuántico" a la vez. Estos "pasos cuánticos" son demasiado débiles para empujar el carro. De hecho, casi no existe ningún dispositivo para detectar un solo paso cuántico con precisión. Lo mismo ocurre con las ondas de radio.

Referencia:ScienceMag | doi:10.1126 / science.aaw3101 | Universidad Tecnológica de Delft

Lo que los investigadores construyeron en este estudio puede detectar estos pequeños pasos cuánticos en las señales de radiofrecuencia. La nueva arquitectura de electrodinámica cuántica de circuitos permite la lectura y manipulación de un resonador de radiofrecuencia a nivel cuántico.

El chip Quantum (1 * 1 cm) desarrollado en este estudio | Fuente:TU Delft

La arquitectura también se puede utilizar para interconectar la electrodinámica cuántica de circuitos con otros sistemas físicos en el rango de frecuencia de megahercios, por ejemplo, osciladores mecánicos macroscópicos o sistemas de espín.

Interacción entre la gravedad cuántica y la mecánica cuántica

El equipo tiene como objetivo llevar los mecanismos cuánticos más allá de las aplicaciones en la detección cuántica:quieren explorar la gravedad cuántica. Aunque la teoría del electromagnetismo cuántico se formuló por primera vez en la década de 1920, los físicos no han podido descubrir cómo encajar la gravedad en la mecánica cuántica.

Los investigadores planean escuchar y manipular las vibraciones cuánticas de objetos grandes, utilizando la radio cuántica. También intentarán combinar la gravedad cuántica y la mecánica y verán qué sucede.

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Por supuesto, tales experimentos no serán fáciles de llevar a cabo, pero si tienen éxito podrían crear una superposición cuántica del espacio-tiempo mismo, lo que requeriría una gran comprensión tanto de la relatividad general como de la mecánica cuántica.