El metro de Londres fue el escenario de un curioso experimento llevado a cabo por Joseph Cotter, del Imperial College de Londres, que llevaba en sus viajes unas maletas inusuales: incluían una cámara de vacío de acero inoxidable, unos miles de millones de átomos de rubidio y una serie de láseres utilizados para enfríe su equipo a una temperatura justo por encima del cero absoluto.
Aunque este equipaje pueda parecer extraño, tiene un objetivo ambicioso: se está utilizando para desarrollar una brújula cuántica, un instrumento que explorará el comportamiento de la materia subatómica para desarrollar dispositivos capaces de señalar con precisión su ubicación. En este caso, no importa dónde se encuentre, lo que podría allanar el camino para la creación de una nueva generación de sondas subterráneas y sensores submarinos.
El lugar ideal para probarlo es el metro de Londres, según Cotter y su equipo. «Estamos desarrollando sensores nuevos y muy precisos utilizando la mecánica cuántica y resultan muy prometedores en el laboratorio», subraya en una entrevista concedida a «l’Observateur». “Sin embargo, son menos precisos en entornos del mundo real. Por eso llevamos nuestro equipo al metro de Londres. Es el lugar perfecto para suavizar las asperezas y hacer que nuestro equipo funcione en la vida real.
La idea de una brújula cuántica es evitar o mejorar los métodos actuales para identificar la ubicación de aviones, automóviles y otros objetos. Estos suelen depender de sistemas globales de navegación por satélite (GNSS), como el GPS, que se han vuelto esenciales para el transporte de bienes y servicios por carretera, mar y aire. Utilizando señales externas, estos sistemas pueden determinar con precisión la posición de los vehículos.
Pero los dispositivos GNSS son vulnerables a las condiciones climáticas y a las interferencias, y no funcionan ni bajo el agua ni bajo tierra: sus señales a menudo quedan bloqueadas por edificios altos y otros obstáculos. El objetivo del proyecto del Imperial College es crear un dispositivo que no sólo le permita determinar con precisión su posición, sino que tampoco dependa de la recepción de señales externas.
En el corazón de la brújula cuántica, que podría estar lista para su uso generalizado en unos pocos años, se encuentra un dispositivo llamado acelerómetro, capaz de medir cómo cambia la velocidad de un objeto con el tiempo. Esta información, combinada con el punto de partida de ese objeto, permite calcular sus posiciones futuras: los teléfonos inteligentes y las computadoras portátiles tienen acelerómetros, pero estas versiones no pueden mantener su precisión durante largos períodos de tiempo.
Sin embargo, la mecánica cuántica ofrece a los científicos una manera de lograr una nueva precisión midiendo las propiedades de átomos extremadamente fríos. A temperaturas extremadamente bajas, los átomos se comportan de forma “cuántica”: actúan como materia y como ondas. «Cuando los átomos están ultrafríos, podemos utilizar la mecánica cuántica para describir su movimiento, lo que nos permite realizar mediciones precisas que nos dicen cómo nuestro dispositivo cambia de posición», dice Cotter.
En los dispositivos, el rubidio se inserta en la cámara de vacío ubicada en el corazón de la máquina. Luego se utilizan potentes láseres para enfriar estos átomos a una fracción de grado por encima del cero absoluto (-273,15°C). En estas condiciones, las propiedades ondulatorias de los átomos de rubidio se ven afectadas por la aceleración del vehículo que transporta el equipo, y estos pequeños cambios pueden medirse con precisión.
El sistema funcionó bien en un entorno de laboratorio estable, pero necesitaba ser probado en condiciones más extremas para convertirse en un dispositivo autónomo y transportable que pudiera usarse en ubicaciones remotas o complejas, agrega Cotter.
Para esta tarea son ideales los túneles del metro de Londres, que podrían beneficiarse de nuevos sensores cuánticos, que eliminarían la necesidad de los cientos de kilómetros de cables actualmente instalados para rastrear la ubicación de los 540 trenes que pasan bajo la capital británica en las horas punta. .
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