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Muévete sobre la ciencia ficción. ¿Puede la física cuántica ayudar a resolver problemas actuales muy prácticos?

Muévete sobre la ciencia ficción.  ¿Puede la física cuántica ayudar a resolver problemas actuales muy prácticos?

Foto: Nicholas Vevers/ANU.

Si miras un mapa de la la mayoría de las naciones con estrés hídrico en la Tierra, la India está coloreada en un siniestro tono rojo. El mismo color que las naciones notoriamente más secas en el norte de África y el Medio Oriente.

Sin embargo, a diferencia de otras naciones con escasez de agua, India es una potencia agrícola mundial, y la crisis del agua está poniendo en peligro la vida y el sustento de millones de personas.

Encontrar una solución es primordial. Y los investigadores están buscando nuevas tecnologías en busca de ayuda. Pero, ¿podrían ser parte de la respuesta los avances en la física cuántica?

“Puede parecer ciencia ficción, pero cosas como que los átomos estén en dos lugares a la vez pueden tener aplicaciones muy prácticas”, dice el Dr. Simon Haine de la Escuela de Investigación de Física de la Universidad Nacional de Australia.

Una de esas aplicaciones es medir la gravedad con mayor precisión.

“En la Tierra, la gravedad varía muy ligeramente de un lugar a otro, y la medida exacta depende en parte de lo que hay debajo de ti”.

Dr. Simón Haine. Foto: Nicholas Vevers/ANU.

Pero, ¿qué tiene esto que ver con el agua?

El Dr. Haine dice que medir las variaciones en el campo gravitatorio en la superficie de la Tierra es un método que se usa actualmente para encontrar depósitos de agua subterránea y minerales.

Pero estos métodos no son tan precisos como podrían ser. “Los dispositivos existentes que miden la gravedad, llamados gravímetros, funcionan de manera similar a cómo las básculas de baño usan resortes”, dice.

“Estos dispositivos son buenos, pero la calibración puede fallar. Lo que significa que puede obtener dos lecturas diferentes en el mismo lugar, lo que no tiene nada que ver con cómo ha cambiado realmente el campo gravitatorio”.

En lugar de usar resortes para medir la gravedad, el Dr. Haine y su colega, el profesor John Close, cuentan átomos. En su laboratorio en ANU, usan un gravímetro atómico tan preciso que puede medir los cambios en la gravedad causados ​​por alguien que ingresa a la habitación.

Como el extractor de agua subterránea más grande del mundo, India está mirando hacia esta tecnología para monitorear y administrar los movimientos del agua subterránea en tiempo real.

Para hacerlo, necesitan medir la gravedad a una escala tan precisa que la posición de los átomos individuales se vuelve relevante.

Pero debido a la peculiar naturaleza de la mecánica cuántica, medir la gravedad con este nivel de precisión con átomos individuales es complicado. Esto se debe a que un átomo puede estar en dos lugares a la vez, y su ubicación no se determina hasta que se mide. Resultando en una señal borrosa o ruidosa.

Foto: Nicholas Vevers/ANU.

El entrelazamiento cuántico puede ayudar a superar esta limitación.

“Cuando los átomos se enredan, conspiran para reorganizarse de una manera que es mucho menos aleatoria que la forma en que se organizan los átomos individuales”, dice el Dr. Haine.

«Al introducir el entrelazamiento cuántico, podemos aumentar la sensibilidad de nuestro gravímetro atómico en un factor de hasta 1000».

El Dr. Haine y el profesor John Close han recibido una subvención del Fondo de Investigación Estratégica Australia-India del gobierno australiano para desarrollar un gravímetro cuántico. Para hacerlo, trabajarán con investigadores del Instituto Indio de Educación e Investigación Científica, Pune; el Instituto Indio de Educación e Investigación Científica, Bhopal; y la Universidad de Queensland.

Como parte de esta colaboración, los colegas de la India planean implementar el dispositivo en el campo para monitorear con precisión los movimientos del agua subterránea. Permitir una mejor gestión de los recursos de agua subterránea, que es un factor importante en el empeoramiento de la crisis del agua en la India.

El monitoreo de las aguas subterráneas no es la única aplicación práctica de esta tecnología cuántica actual. Con el cambio a las tecnologías de carbono cero a un ritmo acelerado, las formas más precisas de encontrar los minerales de tierras raras necesarios para estas tecnologías se están volviendo cada vez más relevantes.

El Dr. Haine dice que la gravimetría cuántica es solo un ejemplo de cómo los avances en la física cuántica están impulsando una nueva industria en crecimiento.

“Hay aplicaciones en las que la gente pagaría absolutamente mucho dinero para medir la gravedad con mucha precisión”, dice.

“Esta tecnología no está tan lejos en el futuro como podría pensarse”.