Un zeptojulio es una cantidad de energía casi imposible de visualizar: equivale, aproximadamente, al trabajo necesario para elevar un glóbulo rojo un nanómetro. Sin embargo, investigadores de la Universidad Aalto en Finlandia acaban de detectar una señal todavía menor —0,83 zeptojulios— en lo que podría ser la medición calorimétrica más sensible jamás realizada.
Que algo tan infinitesimal importe tanto es, en sí mismo, una paradoja. Ese umbral de sensibilidad podría abrir caminos inesperados: desde mejorar los ordenadores cuánticos hasta rastrear partículas de materia oscura que atraviesan el espacio sin dejar apenas rastro.
Un récord de sensibilidad sin precedentes
El equipo liderado por el profesor Mikko Möttönen en la Universidad Aalto ha detectado un pulso electromagnético de apenas 0,83 zeptojulios, estableciendo lo que los investigadores describen como la primera vez que un calorímetro alcanza semejante nivel de sensibilidad. Los resultados han sido publicados en la revista Nature Electronics.
Para situar la escala, vale la pena retomar la analogía: un zeptojulio equivale aproximadamente a la energía necesaria para elevar un glóbulo rojo un nanómetro. La señal detectada es incluso inferior a eso.
Esta precisión no es un fin en sí misma. La mecánica cuántica opera en escalas donde los instrumentos convencionales resultan demasiado rudimentarios, y cada avance en sensibilidad desvela fenómenos subatómicos que, de otro modo, permanecerían fuera de alcance.
Cómo funciona el sensor: superconductores al límite
El dispositivo es un calorímetro diseñado para medir cambios de calor extremadamente pequeños. Su arquitectura combina dos tipos de metales: superconductores, que permiten el paso de electricidad sin resistencia, y conductores convencionales, que sí presentan resistencia al flujo eléctrico. Esa combinación es la clave de todo.
«La combinación de metales hace que la superconductividad sea un fenómeno tan frágil que se debilita de inmediato si la temperatura en el conductor ultrafío sube aunque sea un poco. Eso lo convierte en un sistema muy sensible», explicó el profesor Möttönen.
El sensor opera a temperaturas de milikelvin —un rango de frío extremo que no es fortuito—, exactamente las mismas condiciones que requieren los qubits de los ordenadores cuánticos. Esa compatibilidad térmica resulta determinante para sus aplicaciones futuras.
Contar fotones individuales: el siguiente objetivo
Uno de los grandes retos en tecnología cuántica y astrofísica es la capacidad de contar fotones de uno en uno. Detectar partículas individuales de luz con esta precisión ha sido durante años un objetivo esquivo, y este sensor lo hace viable de forma concreta.
La ambición del equipo va más lejos. Según los investigadores, el objetivo es que el sistema pueda medir señales que lleguen en cualquier momento arbitrario, sin necesidad de saber de antemano cuándo ocurrirá el evento —una característica esencial para detectar axiones procedentes del espacio.
Los axiones son partículas hipotéticas entre los candidatos más estudiados a constituir la materia oscura, esa masa invisible que los astrofísicos estiman representa alrededor del 27 % del universo. Su interacción con la materia ordinaria es tan débil que detectarlos exige instrumentos capaces de captar señales de energía mínima en instantes impredecibles. Exactamente lo que este calorímetro podría ofrecer.
Impacto potencial en la computación cuántica
Más allá de la astrofísica, el calorímetro tiene implicaciones directas para la computación cuántica. El dispositivo podría integrarse como componente de lectura de qubits sin necesidad de amplificar la señal ni elevar la temperatura del sistema, lo que no es un detalle menor.
Uno de los principales obstáculos para escalar los ordenadores cuánticos es el ruido que introduce el propio proceso de medición. Al operar en las mismas condiciones de temperatura que los qubits, el sensor evita ese problema desde la raíz.
El proyecto es fruto de la colaboración entre la Universidad Aalto, la empresa de computación cuántica IQM —de la que el propio Möttönen es cofundador— y el Centro de Investigación Técnica de Finlandia (VTT). La financiación provino principalmente de la iniciativa Future Makers, respaldada por la Fundación Jane y Aatos Erkko y la Fundación del Centenario de las Industrias Tecnológicas de Finlandia.
Lo que viene ahora es tan relevante como lo ya logrado. El equipo trabaja para perfeccionar la capacidad del sensor de registrar señales de llegada arbitraria, paso imprescindible antes de que pueda desplegarse en experimentos reales de búsqueda de materia oscura o integrarse en procesadores cuánticos de próxima generación. Si esos desarrollos prosperan, una medición de 0,83 zeptojulios podría recordarse como el punto de partida de algo mucho mayor.