08.04.2022 - Universität Innsbruck

Microcavidades como plataforma de sensores

Nuevo concepto de sensor cuántico de alta precisión

Los sensores son un pilar de la Internet de las cosas, ya que proporcionan los datos para controlar todo tipo de objetos. Aquí, la precisión es esencial, y es aquí donde las tecnologías cuánticas podrían marcar la diferencia. Investigadores de Innsbruck y Zúrich están demostrando ahora cómo las nanopartículas de los diminutos resonadores ópticos pueden pasar al régimen cuántico y utilizarse como sensores de alta precisión.

Los avances de la física cuántica ofrecen nuevas oportunidades para mejorar significativamente la precisión de los sensores y permitir así nuevas tecnologías. Un equipo dirigido por Oriol Romero-Isart, del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica de la Academia Austriaca de Ciencias y del Departamento de Física Teórica de la Universidad de Innsbruck, y otro dirigido por Romain Quidant, de la ETH de Zúrich, proponen ahora un nuevo concepto de sensor cuántico de alta precisión. Los investigadores sugieren que las fluctuaciones de movimiento de una nanopartícula atrapada en un resonador óptico microscópico podrían reducirse significativamente por debajo del movimiento de punto cero, aprovechando la rápida dinámica inestable del sistema.

Partícula atrapada entre espejos

El estrujamiento mecánico cuántico reduce la incertidumbre de las fluctuaciones de movimiento por debajo del movimiento de punto cero, y se ha demostrado experimentalmente en el pasado con resonadores micromecánicos en el régimen cuántico. Los investigadores proponen ahora un enfoque novedoso, especialmente adaptado a los sistemas mecánicos levitados. "Demostramos que una cavidad óptica adecuadamente diseñada puede utilizarse para apretar rápida y fuertemente el movimiento de una nanopartícula levitada", afirma Katja Kustura, del equipo de Oriol Romero-Isart, en Innsbruck. En un resonador óptico, la luz se refleja entre espejos e interactúa con la nanopartícula levitada. Esta interacción puede dar lugar a inestabilidades dinámicas, que suelen considerarse indeseables. Los investigadores muestran ahora cómo pueden utilizarse en cambio como recurso. "En el presente trabajo, mostramos cómo, controlando adecuadamente estas inestabilidades, la dinámica inestable resultante de un oscilador mecánico dentro de una cavidad óptica conduce al estrujamiento mecánico", afirma Kustura. El nuevo protocolo es robusto en presencia de disipación, lo que lo hace especialmente factible en la optomecánica levitatoria. En el artículo, publicado en la revista Physical Review Letters, los investigadores aplican este método a una nanopartícula de sílice acoplada a una microcavidad mediante dispersión coherente. "Este ejemplo demuestra que podemos comprimir la partícula en órdenes de magnitud por debajo del movimiento de punto cero, incluso partiendo de un estado térmico inicial", se congratula Oriol Romero-Isart.

El trabajo proporciona un nuevo uso de las cavidades ópticas como exprimidores mecánicos cuánticos, y sugiere una nueva ruta viable en la optomecánica levitatoria más allá del enfriamiento del estado cuántico básico. Los microrresonadores ofrecen así una nueva e interesante plataforma para el diseño de sensores cuánticos, que podrían utilizarse, por ejemplo, en misiones por satélite, coches de autoconducción y en sismología. La investigación realizada en Innsbruck y Zúrich contó con el apoyo financiero de la Unión Europea.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

Hechos, antecedentes, expedientes
  • nanopartículas
Más sobre Universität Innsbruck
  • Noticias

    Cuando las partículas cuánticas vuelan como abejas

    Un sistema cuántico formado por sólo 51 átomos cargados puede adoptar más de dos cuatrillones de estados diferentes. Calcular el comportamiento del sistema es un juego de niños para un simulador cuántico. Sin embargo, incluso con los superordenadores actuales es casi imposible verificar el ... más

    Un vistazo al interior de un sándwich de grafeno

    Un equipo dirigido por el físico teórico Mathias Scheurer, de la Universidad de Innsbruck (Austria), ha estudiado en detalle las propiedades de un sistema de tres capas de grafeno retorcidas y ha obtenido importantes conocimientos sobre sus propiedades. Desde la primera fabricación con éxit ... más

    Sensores cuánticos: Medición aún más precisa

    Dos equipos de físicos dirigidos por Peter Zoller y Thomas Monz en la Universidad de Innsbruck (Austria) han diseñado el primer sensor cuántico programable y lo han probado en el laboratorio. Para ello han aplicado técnicas de procesamiento de información cuántica a un problema de medición. ... más

Más sobre ETH Zürich
  • Noticias

    La amplificación de la luz acelera las reacciones químicas en los aerosoles

    Los aerosoles de la atmósfera reaccionan a la luz solar incidente. Esta luz se amplifica en el interior de las gotas y partículas de aerosol, acelerando las reacciones. Los investigadores de la ETH han podido demostrar y cuantificar este efecto y recomiendan incluirlo en los futuros modelos ... más

    Una mirada al futuro magnético

    Esta visión de los procesos que tienen lugar dentro del llamado hielo de espín artificial podría desempeñar un papel importante en el desarrollo de nuevos ordenadores de alto rendimiento. Cuando el agua se congela para formar hielo, las moléculas de agua, con sus átomos de hidrógeno y oxíge ... más

    Descomponer el plástico en sus componentes

    Un equipo de investigadores de la ETH, dirigido por Athina Anastasaki, ha conseguido descomponer el plástico en sus componentes moleculares y recuperar más del 90% de ellos. Un primer paso hacia el auténtico reciclaje de plásticos. La industria química tiene una larga tradición en la produc ... más