Un sensor cuántico revoluciona la arqueología, la geología y la seguridad

Un sensor cuántico revoluciona la arqueología, la geología y la seguridad

Un sensor cuántico puede dibujar con una precisión inédita el subsuelo terrestre: no solo localiza objetos y estructuras, sino que también predice terremotos y erupciones volcánicas en la décima parte del tiempo requerido por otras tecnologías.

Por primera vez en la historia, científicos británicos liderados por el profesor Kai Bongs, han detectado objetos ocultos en las profundidades del subsuelo terrestre usando un sensor de gravedad cuántica.

El descubrimiento podría significar una revolución tecnológica, con repercusiones positivas tanto en la arqueología, como en la geología y la seguridad de los países.

El descubrimiento permitirá en el futuro dibujar con una precisión inédita cómo es el mundo debajo de la superficie terrestre, ya que el dispositivo puede localizar artefactos, estructuras y otros objetos enterrados. Incluso podría predecir terremotos y erupciones volcánicas, aseguran los investigadores.

Tal como explican en un artículo publicado en la revista Nature, en este sensor cuántico, los átomos en caída libre revelan variaciones sutiles en la atracción gravitacional de la Tierra en diferentes lugares, así como la falta de homogeneidad en la densidad bajo de la superficie.

Tecnología cuántica

La tecnología aprovecha el estado de superposición cuántica en el que caen esos átomos ultrafríos, que les permite estar en dos lugares a la vez. Cada versión de un átomo sufre una atracción gravitatoria ligeramente diferente que puede medirse.

También aprovecha la dualidad onda-partícula, mediante la cual cada átomo puede convertirse en diferentes momentos en una onda o en una partícula: eso lleva a los átomos a crear un patrón de interferencia, producto de la superposición que también experimentan.

A través de ese patrón de interferencia, los investigadores pueden detectar y medir la atracción gravitatoria de cada versión de los átomos superpuestos, revelando así el campo de gravedad que rodea a la nube de átomos y por ende el espacio dónde se mueve.

Estos sensores basados ​​en átomos son muy sensibles a las vibraciones de la actividad sísmica, el tráfico y otras fuentes, por lo que son eficaces instrumentos para dibujar el subsuelo terrestre: miden los gradientes de gravedad con agilidad y gran sensibilidad.

Túnel detectado

Uno de los logros comprobados del sensor cuántico es haber detectado un túnel que estaba a casi un metro de profundidad en el campus de la Universidad de Birmingham. Y lo consiguió con la décima parte de tiempo que habría necesitado cualquier tecnología previa, según los investigadores.

El túnel era de hormigón y se encontraba debajo de una carretera entre dos edificios de varias plantas. El sensor cuántico midió el campo gravitatorio local cada 0,5 metros a lo largo de una línea de 8,5 metros que cruzaba el túnel.

Esas lecturas coincidieron con las predicciones de una simulación informática, que había estimado la señal gravitatoria del túnel en función de su estructura y otros factores que podrían influir en el campo gravitatorio local, como los edificios cercanos.

Tecnología rompedora

El desarrollo es innovador respecto a otras tecnologías: en la actualidad, algunos dispositivos pueden medir el efecto de la gravedad de una masa que pende de un resorte.

Otros usan láseres para medir la velocidad con la que un objeto cae por una cámara de vacío, pero los átomos en caída libre que usa el sensor cuántico ofrecen una precisión y fiabilidad mucho mayor, según expertos.

Eso significa que los sensores cuánticos prometen ser más precisos y estables a largo plazo que otras sondas de gravedad, destaca Science News.

Versión jardinera

Añade que los investigadores ya han construido una versión reducida del sensor de gravedad, que fue utilizada en el experimento de detección de túneles. La máquina pesa alrededor de 15 kilogramos.

En el futuro, prevén construir un sensor de gravedad cuántica que pueda ser empujado de un lugar a otro como una cortadora de césped, aunque su operario deberá tener, necesariamente, un título en física.

Referencias

Quantum sensing for gravity cartography. Ben Stray et al. Nature volume 602, pages590–594 (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-021-04315-3

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Atomic changes can map subterranean structures. Nicola Poli et al. Nature. Vol. 602, February 24, 2022, p. 579. DOI:10.1038/d41586-022-00464-1.

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