Un avance del CONICET permite captar señales cuánticas imperceptibles y podría revolucionar desde la medicina hasta las tecnologías cuánticas.

En el mundo cotidiano, los objetos tienen trayectorias previsibles, ocupan lugares definidos y obedecen leyes que parecen lógicas. Pero bajo esa superficie ordenada se despliega un universo completamente distinto: el mundo cuántico, un terreno en el que partículas invisibles pueden estar en varios lugares al mismo tiempo, interactuar a la distancia o comportarse de forma impredecible.

Explorar ese territorio, donde lo invisible gobierna lo real, es uno de los desafíos más complejos de la ciencia moderna. En ese marco, un grupo de investigadores del CONICET desarrolló una técnica pionera que permite detectar señales sutilísimas del entorno cuántico, abriendo nuevas puertas en múltiples campos: desde el diseño de tecnologías cuánticas más estables hasta el diagnóstico biomolecular en tiempo real.

El avance, recientemente publicado en la revista especializada PRX Quantum, se basa en el uso de sensores cuánticos construidos a partir de átomos ultrasensibles. Como si fueran micrófonos a escala atómica, estos sensores permiten «escuchar» lo que ocurre en un entorno donde todo fluctúa.

«Uno de los desafíos más difíciles de la física moderna es entender cómo se comportan los sistemas muy pequeños», explica Gonzalo Álvarez, investigador del CONICET en el Instituto en Nanociencia y Nanotecnología (INN, CONICET-CNEA) y uno de los autores del estudio. «Nuestro método permite hacer algo distinto: usar sensores cuánticos para detectar en tiempo real si el entorno cambia, si aparecen señales no clásicas o si ocurre algo inesperado. Esto puede aplicarse, por ejemplo, para estudiar procesos biológicos en acción: cómo reacciona una molécula dentro de una célula, cómo cambia una proteína durante una señal química, o cómo se inicia una enfermedad a nivel molecular».

Detectar señales así de tenues no es menor: puede marcar la diferencia entre un diagnóstico temprano y uno tardío, o entre comprender un proceso biológico y observar solo sus consecuencias. «Detectar esos cambios en tiempo real, uno por uno, podría ayudar a desarrollar mejores diagnósticos, tratamientos más tempranos o medicamentos que se ajusten con precisión a los procesos reales del cuerpo», añade Álvarez.

Pero no se trata solo de salud. También está en juego el desarrollo de tecnologías de vanguardia. «Esto podría mejorar la estabilidad de las computadoras cuánticas, que hoy son extremadamente sensibles al ‘ruido cuántico’ de su entorno. Si logramos caracterizar mejor ese ruido, podríamos diseñar nuevas estrategias para controlarlo y avanzar hacia dispositivos más confiables y útiles», señala el investigador, quien además se desempeña como docente en el Instituto Balseiro (IB, CNEA-UNCUYO).

El ruido cuántico, en este contexto, no es un sonido que podamos oír, sino un conjunto de fluctuaciones que interfieren con los delicados estados cuánticos. Para entenderlo y “escucharlo”, los investigadores convirtieron un fenómeno sutil en una señal medible. «Usamos átomos que viven en ese mundo cuántico y los controlamos cuidadosamente para convertirlos en sensores», describe Álvarez. «Con ellos, logramos detectar cómo se comporta el entorno que los rodea, en especial cuando ese entorno se vuelve impredecible o ‘fuera de control’, como un río que se desborda y se llena de remolinos».

Analía Zwick, también investigadora del CONICET en el INN y docente en el IB, aporta otra imagen sugerente para entender ese mundo inasible: «Las partículas interactúan como si estuvieran bailando, con música impredecible y con coreografías que desafían toda intuición». Y agrega: «Nuestro trabajo abre una nueva vía para explorar ambientes cuánticos complejos que, hasta ahora, eran difíciles o imposibles de caracterizar».

Entre los próximos pasos, el equipo apunta a profundizar en el estudio del desorden cuántico y la ruptura de simetría temporal, fenómenos que desafían el sentido común. «Queremos entender cómo distintas formas de caos y ruptura de simetría temporal afectan el comportamiento de los sensores, y cómo podemos usar esa información para hacer nuevas preguntas sobre el tiempo, la irreversibilidad y el comportamiento colectivo de partículas cuánticas», detalla Zwick.

La investigación también resalta el aporte argentino en una de las fronteras más desafiantes de la ciencia global. «Tenemos una motivación profunda, contribuir al desarrollo de tecnologías cuánticas desde Argentina», afirma la científica. «Creemos que, desde aquí, podemos generar conocimiento original y soluciones innovadoras para desafíos globales, demostrando que es posible hacer ciencia de frontera con impacto internacional desde nuestro país».

Con ese horizonte, el equipo ya está colaborando con grupos internacionales líderes en tecnologías cuánticas. El objetivo: llevar esta técnica desde el laboratorio hacia aplicaciones concretas. «Estamos trabajando en proyectos que apuntan a implementar estas herramientas en escenarios reales sobre avances en imágenes biomoleculares y diagnóstico temprano a escala atómica. Estas alianzas fortalecen nuestra capacidad de llevar la ciencia hacia donde más puede transformar», concluye Zwick.

Referencia:
Kuffer, M., Zwick, A., & Álvarez, G. A. (2025). Sensing out-of-equilibrium and quantum non-Gaussian environments via induced time-reversal symmetry breaking on the quantum-probe dynamics. PRX Quantum, 6(2), 020320. https://doi.org/10.1103/PRXQuantum.6.020320