Científicos de Finlandia han alcanzado un nuevo hito en el campo de las mediciones ultrasensibles: un dispositivo capaz de detectar energía inferior a un zeptojulio.

Se trata de una cantidad tan diminuta que resulta difícil imaginarla: equivale a 10⁻²¹ julios. En el estudio, los investigadores informan de una medición calorimétrica de un pulso electromagnético con una energía de apenas 0,83 zeptojulios.

¿Por qué es importante?

La relevancia de este avance radica en que las tecnologías cuánticas requieren medir señales extremadamente débiles sin alterar ni destruir el sistema observado.

Los fotones, las partículas fundamentales de la luz, pueden transportar cantidades muy pequeñas de energía, especialmente en el rango de las microondas, utilizado en algunos de los ordenadores cuánticos más avanzados. Poder detectar estas señales con precisión podría facilitar tanto la lectura de dispositivos cuánticos como el desarrollo de nuevos experimentos en astrofísica.

Un proyecto liderado desde Finlandia

El equipo de investigación estuvo dirigido por el profesor Mikko Möttönen, de la Universidad de Aalto, en colaboración con las organizaciones IQM y VTT.

Los resultados fueron publicados en la revista científica Nature Electronics bajo el título “Zeptojoule calorimetry”.

Cómo funciona el dispositivo

El nuevo instrumento es un calorímetro, un aparato que mide la energía a través de cambios extremadamente pequeños en el calor.

El sensor está construido utilizando una combinación de metales superconductores y metales conductores convencionales. Los superconductores son materiales capaces de transportar electricidad sin resistencia cuando se encuentran a temperaturas extremadamente menores.

Precisamente esa característica los hace tan útiles como delicados: incluso una variación mínima de temperatura puede afectar su estado superconductor.

Aprovechando la fragilidad de la superconductividad

El innovador enfoque se basa en esa sensibilidad extrema.

Cuando un pulso de microondas extremadamente débil llega al sensor, transfiere una cantidad minúscula de energía que modifica ligeramente la temperatura de una región conductora ultrafría. Tras aplicar técnicas avanzadas de filtrado y análisis, los investigadores lograron confirmar la detección de una energía inferior a un zeptojulio.

El objetivo: detectar fotones individuales

Una de las aplicaciones más prometedoras de esta tecnología es la posibilidad de contar fotones individuales.

Esta capacidad no solo tendría un enorme valor para la computación cuántica, sino también para experimentos científicos que buscan detectar señales cósmicas extremadamente débiles.

Entre los posibles usos futuros figura la búsqueda de axiones, partículas hipotéticas que se consideran candidatas a formar parte de la materia oscura.

Sin embargo, es importante aclarar que este sensor no ha detectado materia oscura. El avance consiste en una mejora tecnológica que podría contribuir a futuras investigaciones de ese tipo.

Aplicaciones en computación cuántica

Otra posible aplicación se encuentra en los ordenadores cuánticos.

Muchos procesadores cuánticos operan a temperaturas del orden de los milikelvin, es decir, extremadamente cerca del cero absoluto. El nuevo calorímetro funciona en condiciones térmicas similares, lo que abre la posibilidad de integrar dispositivos de este tipo directamente en sistemas cuánticos.

Esto permitiría realizar mediciones sin necesidad de amplificar las señales ni enviarlas a componentes que operan a temperaturas más elevadas.

Un avance de laboratorio con gran potencial

Por el momento, se trata de un resultado experimental obtenido en laboratorio y no de una tecnología lista para su uso comercial o industrial.

No obstante, su importancia radica en que establece una nueva referencia en la medición de cantidades ínfimas de energía, una frontera que hasta ahora resultaba extremadamente difícil de alcanzar mediante técnicas calorimétricas.

En el mundo cuántico, los grandes avances no siempre dependen de máquinas más potentes. A menudo comienzan con herramientas capaces de escuchar con mayor precisión los susurros más débiles de la naturaleza.

Conclusión

El desarrollo de este nuevo sensor representa un paso significativo hacia mediciones energéticas de precisión sin precedentes. Aunque todavía se encuentra en una fase experimental, su capacidad para detectar señales por debajo de un zeptojulio podría impulsar futuras investigaciones en computación cuántica, física fundamental y exploración del universo. A veces, comprender los fenómenos más grandes comienza por aprender a medir las cantidades más pequeñas.