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» » Una pequeña membrana convierte las ondas de radio en luz

Referencia: PhysicsWorld.com .
por Katia Moskvitch, 5 de marzo 2014

Físicos de Dinamarca y los EE.UU. han creado un dispositivo que detecta las ondas de radio ultra-débiles, convirtiéndolas en señales de luz. El dispositivo no requiere de una costosa refrigeración criogénica y podría ser puesto en práctica en una variedad de aplicaciones, desde la radioastronomía hasta la resonancia magnética. Los investigadores también creen que la tecnología podría proporcionar los elementos esenciales para una futura "Internet cuántica".


La detección de las ondas de radio extremadamente débiles está en el corazón de muchas tecnologías modernas, como es el caso de la navegación por satélite, las comunicaciones de larga distancia, los radiotelescopios y los sistemas de resonancia magnética (MRI). En algunos detectores, las débiles señales de radio se convierten en señales ópticas, que luego pueden ser transportadas a grandes distancias a través de las fibras ópticas. Pero además de requerir moduladores muy caros para convertir tales señales, estos convertidores deben ser enfriados a temperaturas criogénicas, aumentando aún más su coste y los inconvenientes para operar con ellos.

El nuevo dispositivo fue creado por Eugene Polzik y sus colegas de la Universidad de Copenhague, junto con investigadores de la Universidad Técnica de Dinamarca y del Joint Quantum Institute en la Universidad de Maryland. El equipo dice que su dispositivo puede detectar ondas de radio muy débiles convirtiéndolas directamente en señales luminosas. Estas señales se transmiten y analizan usando herramientas ópticas estándar utilizando mucha menos energía que los moduladores convencionales.

Alto rendimiento y eficiencia

El detector funciona a temperatura ambiente y Polzik afirma que "promete un rendimiento comparable a la mejor electrónica criogénica. "Por otra parte, las señales de radio de nuestro método se convierten de manera eficiente en señales ópticas, que pueden ser transmitidas a través de cables de fibra óptica, con una pérdida mucho menor que las señales eléctricas transmitidas por cables de metal.”

En el corazón del dispositivo hay una antena que está conectada a un condensador. Una de sus dos placas es una membrana de nitruro de silicio de altísima calidad, de aproximadamente unas 500 micras de ancho y unos 200 nm. de espesor, después de haber sido recubierto con una capa reflectante de aluminio.

Cuando el condensador se encuentra con ondas de radio en su frecuencia de resonancia, la nanomembrana vibra. "Las ondas de radio detectadas por la antena inducen unas fluctuaciones de carga en el condensador", explica Polzik. "Al aplicar un voltaje adecuado externo al condensador, podemos convertir estas fluctuaciones en vibraciones mecánicas de la membrana”. El haz de láser rebota en la membrana, lo que produce un cambio de fase óptico que se puede medir usando las técnicas ópticas estándar. "De esta forma, hemos convertido una señal de radio detectada por la antena en una señal óptica", añade Polzik .

Funcionando en caliente

Cuando los receptores de radio tradicionales recogen las débiles ondas de radio, el ruido relacionado con el calor puede distorsionar la señal. Pero cuando las señales de radio son convertidas en una vibración mecánica de resonancia, el efecto aleatorio del calor se vuelve insignificante. La luz reflejada recoge las ondas de radio con muy poco del ruido que pueda afecta a los receptores de radio estándar.

El nuevo dispositivo tiene una sensibilidad a temperatura ambiente de 100 pV Hz–1/2 para ondas de radio a 1 MHz. El equipo espera que esto podría ser mejorado en un factor de 20, lo que equipararía al receptor con los mejores dispositivos que utilizan la criogenia.

Los próximos pasos del equipo son el uso de técnicas de microfabricación para miniaturizar aún más el dispositivo, de modo que quepa en un chip y mejore su sensibilidad. "También tenemos planes de ampliar la gama de frecuencias de estos dispositivos desde los megahercios a los cientos de megahercios, e incluso a los gigahercios, lo cual es más relevante para las aplicaciones de comunicación y detección", indicó Polzik .

Una Internet cuántica

Entre las posibles aplicaciones del detector se incluyen las que utilizan actualmente los preamplificadores refrigerados. Entre ellos están los sistemas nucleares de resonancia magnética de alta resolución y los radiotelescopios, ambos dependen de los detectores de helio líquido enfriados. Los dispositivos con tamaño de chip podrían conducir a unos dispositivos de comunicación aún más pequeños y eficientes y a sistemas de navegación .

A largo plazo, esta tecnología posibilitaría convertir los estados cuánticos de la radiación de microondas en los estados cuánticos ópticos, afirma Polzik. "Esta conversión será un paso importante hacia las redes cuánticas distribuidas. Puede ayudar a los investigadores a utilizar los fotones ópticos –portadores ideales de la información cuántica–, para conectar qubits entre distantes superconductores."

Un claro potencial tecnológico

El físico Mika Sillanpää, de la Universidad Aalto en Finlandia, que no participó en el estudio, comenta que esta investigación "tiene un claro potencial tecnológico" que le hará convertirse en una realidad de futuro. "Desde el punto de vista de la investigación básica, el trabajo crea un sistema físico híbrido, capaz de funcionar al límite de la mecánica cuántica.”

Sillanpää añade que, esta tecnología podría ser utilizada como un "router" o nodo de conexión de ordenadores cuánticos. "Por el momento todo esto está en el aire, pero puede convertirse en realidad algún día."


- Fuente: Nature.com .
- Imagen: ¿el inicio de una internet cuántica?, de Katia Moskvitch.
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Editor del blog Pedro Donaire

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