La metrología cuántica es el estudio para realizar mediciones de alta resolución y sensibles de parámetros físicos utilizando la mecánica cuántica. Básicamente, es la ciencia del medir; de cómo encontrar métodos para tomar medidas más precisas o para sacar recursos para hacer que eso ocurra. Jerónimo Maze, académico de la Facultad de Física de la Universidad Católica, explica más detalles.

En esa medición, como se consigan, se utilizan recursos cuánticos para mejorar la sensibilidad en la medición. Y ahí se mezclan muchas áreas. El experto lleva más de 20 años en investigación sobre temas relacionados con la física cuántica, óptica cuántica y metrología. “Trabajo en metrología cuántica, donde controlamos los sistemas a pequeña escala. Buscamos espines electrónicos individuales en la materia -y también espines nucleares- utilizando luz. Mientras más control tengamos de la materia, mejores medidas tenemos para conocer el mundo”, señala Maze a Let’s get physical.

Sobre qué es un espín, el académico indica que es una propiedad que tiene muchas partículas como, por ejemplo, los electrones y los protones. Esta partícula tiene carga eléctrica y se puede pensar como un pequeño campo magnético que emana de la partícula. “Uno siempre señala como ejemplo del espín, que su uno pone un alambre en forma de círculo y le hace pasar corriente; se genera un campo magnético. Lo interesante de esto es que el espín no puede tener cualquier valor, ya que las partículas intrínsecas tienen un espín definido”, explica.

Las partículas del espín también se pueden imaginar como imanes pequeños, con estructuras electrónicas, ya que tiene que ver con las propiedades de magnetización de estos materiales. Jerónimo Maze sostiene que hay consideraciones para tratar de poner los electrones que están disponibles en la materia que los alberga. “Hay que preocuparse para dónde va a apuntar el espín de un electrón y, del otro, cuándo se colocan juntos en un átomo. El espín es sumamente decidor en las propiedades que van a tener los átomos y las moléculas”, añade.

Proyecto de decoherencia

Jerónimo Maze realizó la investigación “Decoherencia de espín electrónico de defectos individuales de vacantes de nitrógeno en diamantes”. La decoherencia del espín del electrón se debe a las interacciones con los espines nucleares del entramado de diamantes. El enfoque aprovecha la baja concentración del 1,1% de los espines nucleares y su distribución aleatoria en la red de diamantes, mediante una agregación algorítmica de espines en grupos pequeños que interactúan fuertemente.

“Una de las cosas más difíciles de lo que hacemos es tratar de que manipulemos estos espines electrónicos y nadie más, es decir, sin otros materiales u otras impurezas nos puedan perjudicar. Hay que tener la capacidad de acceder a ellos, de manipularlos, de controlarlos y de leerlos. De alguna forma hay que atrapar estos espines electrónicos y los NV Center son el ejemplo de cómo la naturaleza es capaz de atrapar algunos de estos espines y ponerlos a nuestra disposición”.

Jerónimo Maze, académico de la PUC.

Finalmente, la luz es un revelador, desde la estrella más lejana hasta la partícula ínfima subatómica. Para Jerónimo Maze la luz es la manera de conocer el mundo en muchos aspectos y esta epítesis con el electrón es ver qué podemos medir. “Y tiene otra ventaja, es que con la misma luz podemos preparar el espín en algún estado en particular, lo cual no es para nada trivial porque cuando uno habla de espines nucleares, ellos interactúan poco con el medio ambiente y por esa razón son buenos candidatos para muchas tecnologías cuánticas”, resalta.

Revise el estudio del académico en el siguiente enlace.