El termómetro del futuro: midiendo el calor de partículas invisibles al ojo humano

Esta es la historia de Astrid Riveros Mesa, magíster en Física de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), quien asegura que los termómetros industriales y los que se utilizan en laboratorio, solo miden temperaturas entre los –200 °C y 1.200 °C, lo cual funciona en industrias como la alimenticia para refrigerar la carne, en hornos para tener leche mejor preservada, o en la metalurgia, entre otras, pero no en la cuántica.

Aún no hay instrumentos que registren con precisión rangos como los – 273 ° C o el denominado cero Kelvin, momento en que la materia tiene un comportamiento distinto al de otras temperaturas, pues las partículas casi no se mueven debido al frío extremo, transformando la interacción entre la luz y la materia.

Para entender cómo un termómetro imperceptible ayudaría a tener computadoras más rápidas, primero hay que saber qué es la cuántica. En palabras sencillas es como un manual de reglas de lo muy, muy pequeño, lo diminuto, lo irreconocible al ojo humano; allí se trata de comprender el comportamiento de los átomos y las partículas subatómicas.

En este campo una partícula puede estar en dos lugares al mismo tiempo, algo así como estar y no estar vivo, similar a la famosa teoría del gato de Schrödinger, en la que se imagina a un gato encerrado en una caja con un veneno en un recipiente, y la única forma de comprobar si sobrevive o no es abriendo la caja y viendo lo que ocurrió con el felino.

¿Y qué tiene esto que ver con computadores más rápidos? Bueno, pues cuando una partícula puede estar activada y desactivada (excitada o no), tiene un comportamiento distinto al tradicional en computación, pues hay una mayor probabilidad de que los bits (unidad de almacenamiento), guarden y procesen cantidades de información que hoy no se pueden tener en un disco duro; así mismo, una máquina se puede demorar apenas nanosegundos (milmillonésima parte de un segundo) en ejecutar una tarea.

Diseñando el termómetro

Aquí donde la magíster Riveros pone a prueba su magia teórica, con un experimento en el que pone dos espejos microscópicos (cristales fotónicos), en una estructura especial, uno frente al otro, y entre ellos coloca puntos cuánticos -partículas diminutas formadas de metales como el indio, arsénico y galio (frecuentes entre minerales como el zinc)-.

En el laboratorio, se estudia cómo se comporta el material cuando se le aplican diferentes frecuencias de luz, generando ondas que rebotan repetidamente entre los espejos, e interactúan con los puntos cuánticos. Esto hace que los electrones ganen o pierdan energía, y generan con cada una de estas conexiones un color específico, asociado a un espectro de luz, es decir una “firma luminosa”.

Así mismo, cuando la temperatura de estas interacciones cambia, también cambia la firma característica, por lo que en la investigación se ideó un termómetro cuántico a escala de nanómetros, capaz de medir los cambios de energía y observar cómo se van transformando los colores y patrones de la luz puestos en el experimento.

Como ya se mencionó, en la cuántica, tener dos estados al mismo tiempo hace que todo cambie, y la magíster de la UNAL evidenció que cuando la energía del experimento generaba una temperatura de entre -249 °C y -246 ° C, los electrones pueden estar simultáneamente excitados y no excitados, lo cual ayudaría a ajustar el termómetro en este rango de frío para que, por ejemplo, una computadora cuántica funcione.

Añade que, su experiencia en el Instituto Nacional de Metrología, que se encarga de hacer que los equipos e instrumentación en el país estén ajustados y calibrados con la mayor precisión posible, fue parte de la motivación para querer aportar al campo de cuántica, pues en el mundo aún no había investigaciones asociadas a este tipo de termómetros especializados.

Por otro lado, el año pasado estuvo en un congreso especializado en cuántica en Tenerife (España), en donde expuso un proyecto conjunto con el Doctor en Ciencias-Física de la UNAL, Vladimir Vargas, que busca utilizar un algoritmo de inteligencia artificial para tener el ajuste ideal en distintos equipos como sensores o detectores, para medir y ajustar la energía liberada en los átomos.

“La investigación tendrá un gran impacto en las comunicaciones del futuro, ya que algunas empresas están desarrollando proyectos para explorar cómo la cuántica podría mejorar la velocidad de transmisión, logrando así conexiones casi instantáneas”, asegura la física de la UNAL, quien contó con el apoyo y dirección del profesor Herbert Vinck Posada, del Departamento de Física.