La paradoja del ruido: qué es esta técnica que puede mejorar la precisión de relojes y sensores cuánticos

El ruido, tradicionalmente considerado un obstáculo para la precisión en física cuántica, podría convertirse en un recurso valioso. Un estudio del Laboratorio Nacional de Los Álamos, dirigido por Luis Pedro García-Pintos, demostró que, bajo ciertas condiciones, introducir interferencias de forma planificada puede mejorar la sensibilidad de relojes y sensores cuánticos.

Este hallazgo, difundido por Muy Interesante, desafía la visión convencional sobre la decoherencia (cuando, en el mundo cuántico —el de las cosas muy pequeñas como átomos y partículas—, los sistemas dejan de tener comportamientos especiales debido a la influencia del entorno y pasan a comportarse como objetos comunes) y abre nuevas posibilidades para la metrología cuántica (la ciencia que usa las propiedades cuánticas para hacer mediciones extremadamente precisas)

Durante años, la comunidad científica ha visto la decoherencia como la principal amenaza para la exactitud de sistemas cuánticos. Esta pérdida de propiedades cuánticas, causada por la interacción con el entorno, ha motivado múltiples esfuerzos para reducir o corregir sus efectos. “La mayoría de los esfuerzos se han centrado en evitar o corregir los efectos del ruido”, declaró Luis Pedro García-Pintos, según Muy Interesante.

La metrología cuántica, que estudia cómo fenómenos cuánticos pueden optimizar mediciones, se ha basado en proteger sistemas frágiles como cúbits entrelazados. No obstante, la investigación del Laboratorio Nacional de Los Álamos plantea una alternativa: permitir una interacción controlada con el entorno para que el ruido diseñado actúe como fuente adicional de información.

El modelo propuesto parte de un sistema cuántico que evoluciona de forma ideal y, posteriormente, se expone a un entorno que introduce ruido controlado. Esta dinámica planificada aprovecha la información de Fisher cuántica, una medida matemática que determina cuánta información puede extraerse de un sistema. El medio informó que un mayor valor de esta información implica un margen de error menor. Así, la decoherencia, dosificada cuidadosamente, puede amplificar la sensibilidad de los sensores.

“El ruido mejora la sensibilidad del sensor más allá de la que tendría un sensor completamente aislado”, afirmó García-Pintos. La clave está en aplicar el ruido de forma precisa: un exceso destruye la coherencia cuántica, pero una cantidad adecuada optimiza la medición. Los resultados del estudio indican que la precisión puede incrementarse hasta en tres órdenes de magnitud.

Muy Interesante detalló que este efecto se verificó en redes de cúbits entrelazados y relojes cuánticos basados en estados como los “gato de Schrödinger” o los NOON states. Al permitir pérdidas controladas de superposición cuántica, la información de Fisher cuántica aumentó, demostrando que la decoherencia puede convertirse en aliada cuando se gestiona de forma estratégica.

Este avance tiene aplicaciones prácticas en navegación cuántica, relojería de precisión, comunicaciones seguras y detección de campos magnéticos débiles. Según el artículo, detectar señales magnéticas de baja intensidad sigue siendo un reto considerable, por lo que cualquier mejora en la sensibilidad representa una ventaja significativa. “El sensor puede ser más preciso que su equivalente ideal, incluso si la decoherencia está presente durante todo el proceso de medición”.

Uno de los aspectos más destacados es que esta estrategia no requiere recurrir a la corrección de errores cuánticos, tradicionalmente compleja y costosa. García-Pintos explicó que “las ventajas metrológicas inducidas por el ruido […] se manifiestan en protocolos simples que no requieren corrección de errores”, lo que podría facilitar su adopción en el diseño de nuevos dispositivos.

Esta investigación sugiere un cambio de paradigma: integrar el entorno en lugar de combatirlo. Esta idea se alinea con líneas de trabajo como las simulaciones con ruido controlado o el uso de estados cuánticos no hermíticos. El propio García-Pintos señaló que futuras investigaciones podrían explorar cómo diferentes tipos de ruido —incluido el no conmutativo— podrían utilizarse como recursos metrológicos.

La información publicada destaca que este enfoque podría impulsar el desarrollo de tecnologías más precisas en medición, navegación y comunicación, posicionando al ruido como una herramienta clave para la próxima generación de sistemas cuánticos.