Mecánica cuántica para mejorar los relojes atómicos, magnetómetros y giroscopios de los sistemas de navegación
A veces, de los grandes experimentos científicos brotan resultados colaterales que se convierten en utilidades de uso cotidiano. En este caso, es en el LIGO (Observatorio de Detección de Ondas Gravitatorias) donde han surgido ideas propias de la mecánica cuántica para mejorar la tecnología de los relojes atómicos, los magnetómetros y los giroscopios utilizados en diversos instrumentos, incluidos los sistemas de navegación de los vehículos.
Siempre se citan las diversas tecnologías que se inventaron para los viajes a la Luna que luego se han integrado en nuestras vidas. Suelen citarse el velcro, el teflón, las cámaras digitales, los paneles solares y las fibras resistentes al fuego. También surgieron allí el concepto del GPS, las redes de seguimiento para mejorar la navegación inercial.
Ahora en algo tan grande como es el LIGO –una gigantesca instalación de 4 km diseñada para detectar ondas gravitacionales procedentes de los confines del universo– se trabaja en la mejora de sus sensores aprovechando la ciencia que la física de la mecánica cuántica ofrece a la tecnología.
La mecánica cuántica del día a día
El avance que están realizando los científicos del LIGO lo han llamado compresión cuántica (quantum squeezing) y consiste, explicado en términos llanos, en «reducir la incertidumbre de una propiedad que no se está midiendo» para mejorar la precisión de la propiedad que sí se desea medir. En el ejemplo anterior consistiría por ejemplo en sacrificar algo de información sobre la velocidad de una partícula a cambio de mejorar la precisión de su ubicación. Si lo que nos interesa es únicamente su ubicación, el resultado se acerca a lo ideal.
Dispositivos mejorados gracias a la mecánica cuántica
- Magnetómetros
- Giróscopos
- Relojes atómicos
Algunos de ellos tienen una segunda derivada. Por ejemplo, la mejora de los relojes atómicos puede parecer poco interesante ya que en el día a día utilizamos relojes que no son muy precisos y pierden unas décimas o incluso varios segundos al día. Sin embargo, los relojes atómicos son fundamentales en otra tecnología importante de la que dependen nuestras vidas: el GPS (Sistema de Posicionamiento por Satélite).
El GPS triangula la posición de vehículos y teléfonos móviles midiendo el retardo de las señales que nos llegan desde los satélites que orbitan la Tierra, a unos 20.000 km de altitud. A esta distancia esas señales tardan unos 67 milisegundos en llegar, y la calidad del dato depende de la gran precisión de los relojes atómicos del satélite (del orden de nanosegundos). Es bien conocido que incluso se tienen en cuenta los efectos relativistas de su velocidad y del campo gravitacional terrestre para refinarlos.
Los giróscopos, incorporados en todos los vehículos modernos, se utilizan principalmente en los sistemas de control de estabilidad del vehículo. Además de eso forman parte del sistema de navegación inercial que apoya al GPS cuando las señales no están disponibles.
Los magnetómetros miden la intensidad y dirección del campo magnético terrestre y cuando mejora su precisión, obtenemos también una «mejor brújula» para apoyar los sistemas de navegación, en especial los que detectan la dirección del vehículo. Resultan especialmente útiles cuando la señal del GPS es débil o intermitente.
Cualquier mejora en los sensores de estos dispositivos redundará en un mejor rendimiento. Cuando los físicos dicen que la mecánica cuántica es la esencia del universo no se equivocan: son tantas sus aplicaciones cotidianas, desde los microchips hasta las comunicaciones y los simples mapas, que tendemos a olvidarlas. Pero están ahí para ayudarnos.
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