Una de las ventajas de la revolución cuántica es la capacidad de percibir el mundo de forma distinta. La idea general consiste en utilizar las propiedades especiales de la mecánica cuántica para realizar mediciones o producir imágenes imposibles de otro modo.

Gran parte de este trabajo se realiza con fotones. Pero en lo que respecta al espectro electromagnético, la revolución cuántica ha tenido una evolución desigual. Casi todos los avances en computación cuántica, criptografía cuántica, teletransporte cuántico, etcétera, se han hecho con luz visible o cercana al espectro visible.

El investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria Shabir Barzanjeh y su equipo ha utilizado microondas entrelazadas para crear el primer radar cuántico del mundo. Su dispositivo, que puede detectar objetos a distancia con solo unos pocos fotones, abre la posibilidad a sistemas de radar sigilosos que emiten muy poca radiación electromagnética detectable.

La esencia del dispositivo es simple. Los investigadores crean pares de fotones de microondas entrelazados mediante un dispositivo superconductor llamado convertidor de parámetros Josephson. Transmiten el primer fotón, llamado fotón señal, hacia el objeto de interés y escuchan el reflejo. Mientras tanto, se quedan con el segundo fotón, llamado fotón ocioso. Al llegar, el reflejo interfiere con el fotón ocioso para crear una firma que revela lo lejos que ha viajado el fotón señal. ¡Y ya está, el radar cuántico!

Esta técnica ofrece algunas ventajas importantes sobre el radar convencional. La versión clásica del dispositivo funciona de manera similar, pero falla a niveles de baja potencia que involucran pequeñas cantidades de fotones de microondas. Esto se debe a que, en el medio ambiente, los objetos calientes emiten sus propias microondas.

En un entorno a temperatura ambiente, esta emisión es de alrededor de 1.000 fotones de microondas en cualquier instante, capaces de ahogar el eco que regresa. Es por eso que los sistemas de radar requieren transmisores potentes. Pero los fotones entrelazados son capaces de superar este problema. Los fotones señal y los ociosos son tan similares que es fácil filtrar los efectos de otros fotones. Por lo tanto, resulta sencillo detectar la señal del fotón cuando regresa.

Por supuesto, el entrelazamiento es una propiedad frágil del mundo cuántico, y el reflejo lo destruye. Sin embargo, la correlación entre los fotones señal y los ociosos sigue siendo suficientemente fuerte como para distinguirlos del ruido de fondo. Esto permite a Barzanjeh y su equipo detectar un objeto a temperatura ambiente en un entorno a temperatura ambiente con solo unos pocos fotones. Esto sería imposible para los fotones normales. La investigación detalla: "Generamos campos entrelazados mediante un convertidor de parámetros Josephson a temperaturas de milikelvin para iluminar un objeto a temperatura ambiente a una distancia de un metro en una prueba de concepto de este radar".

Los investigadores comparan su radar cuántico con sistemas convencionales con cantidades de fotones igualmente bajas y aseguran que su modelo los supera bastante, aunque solo a distancias relativamente cortas.

Se trata de un trabajo interesante que revela el gran potencial del radar cuántico y ofrece la primera aplicación de entrelazamiento basado en microondas. Pero también muestra la aplicación de la posible iluminación cuántica en general.

Una de sus grandes ventajas es el bajo nivel de radiación electromagnética que requiere. Barzanjeh detalla: "Nuestro experimento muestra potencial como método de exploración no invasivo para aplicaciones biomédicas, por ejemplo, para imágenes de tejidos humanos o espectroscopía rotacional no destructiva de proteínas".

También está la aplicación obvia de radar sigiloso, difícil de detectar por adversarios. Los investigadores concluyen que podría ser útil como radar de baja potencia y corto alcance para las aplicaciones de seguridad en entornos cerrados y poblados.

Ref: arxiv.org/abs/1908.03058: Experimental Microwave Quantum Illumination