Las tecnologías de detección cuántica y su impacto en la fabricación

En un sentido amplio, este tipo de tecnologías manipulan las propiedades cuánticas de la materia y la energía para medir una dimensión sensible. La detección cuántica es un área de la tecnología que existe desde hace más de 50 años y se utiliza hoy en día en láseres (incluidos LIDAR), imágenes por resonancia magnética (MRI) y células fotovoltaicas.

Si bien la sociedad ha disfrutado de los beneficios de estas tecnologías, son menos conocidas que la computación y comunicación cuánticas. Por un lado, la “ventaja cuántica” se refiere a la capacidad de las computadoras cuánticas para resolver problemas en períodos de tiempo infinitamente más cortos que los actuales, lo que les permitirá abordar problemas complejos que antes eran difíciles de acometer. Por otro, las comunicaciones cuánticas suelen analizarse en el contexto de la ciberseguridad y ambas áreas se están desarrollando rápidamente, aunque aún falta tiempo para que se consoliden.

Diferentes categorías de tecnologías de detección cuántica

Los sensores cuánticos explotan la misma propiedad que hace que la computación y las comunicaciones cuánticas sean todo un desafío: la sensibilidad a las perturbaciones externas. Aprovechar esto nos permite medir fenómenos muy pequeños con mucha mayor precisión y fiabilidad.

Los principales enfoques para la detección cuántica son los sistemas fotónicos y de estado sólido. La fotónica se ocupa de la manipulación de la luz de modos variados y los sistemas de estado sólido se ocupan de un sensor que se encuentra en un estado cuántico conocido y que cambia con la interacción con el estímulo, es decir, aquello que se quiere medir. Dentro de estos enfoques, las tecnologías de detección cuántica se pueden agrupar en categorías distintas con beneficios complementarios:

1. Imágenes cuánticas: Útiles para detectar objetos en movimiento u ocultos utilizando LIDAR y/o radar cuántico

2. Sensores electromagnéticos cuánticos: Estos sensores miden campos electromagnéticos dinámicos utilizando centros de vacantes de nitrógeno, vapores atómicos y circuitos superconductores. Se utilizan en aplicaciones de defensa y en atención sanitaria, como las resonancias magnéticas

3. Gravímetros y gradiómetros: Miden la fuerza y los cambios en los campos gravitacionales, respectivamente. Las aplicaciones actuales incluyen fenómenos geofísicos subterráneos, utilizados principalmente en el sector energético para encontrar yacimientos.

4. Termómetros y barómetros: Miden la temperatura y la presión atmosférica, respectivamente. Estas herramientas son mucho más sensibles que las empleadas comúnmente ya que utilizan nubes atómicas frías y dispositivos de interfaz cuántico superconductor para lograr niveles más altos de precisión.

Un poco de historia

Originalmente, la detección cuántica se incluía en productos que hoy consideramos comunes, como las cámaras digitales. La próxima generación de tecnologías de detección cuántica que se comercialicen beneficiará a los fabricantes de numerosas maneras al proporcionar una sensibilidad extrema en mediciones que requieren precisión y exactitud.

La próxima generación de tecnologías de detección cuántica se está diseñando para ser más pequeña, más liviana y más rentable que las versiones anteriores para proporcionar así una resolución de medición increíblemente más elevada en comparación con las tecnologías de detección tradicionales. Los primeros casos de uso incluyen mediciones de control de calidad de productos mediante la identificación de defectos microscópicos, mediciones estrictas de productos de precisión y pruebas no destructivas, ya que permitirán medir elementos ocultos debajo de la superficie.

Desafíos en la implementación de esta novedosa tecnología

En la actualidad, las principales barreras con las que se encuentra la adopción de tecnologías de detección cuántica de próxima generación incluyen su coste, el tiempo de desarrollo y su complejidad. Otros desafíos incluyen la integración de nuevos sensores con los marcos de datos existentes y la estandarización dentro de la industria. Estos problemas reflejan muchos de los desafíos en la adopción y aceptación de estas tecnologías emergentes.

Una vez que las industrias de defensa, biotecnología y automoción implementen y desarrollen las aplicaciones y los casos de negocio de estas tecnologías sensibles, surgirán otros casos de uso conforme la tecnología se desarrolle y evolucione. A medida que la industria de fabricación adopte nuevas tecnologías para mejorar la precisión y la flexibilidad sin sacrificar la calidad o la productividad, los métodos y técnicas para medir con mayor resolución se volverán cada vez más importantes.