Hay escalas donde las palabras empiezan a quedarse cortas. Un zeptojulio pertenece precisamente a ese territorio extraño de la física donde la energía deja de parecer algo tangible y empieza a convertirse en una vibración casi fantasmal.
Para hacerse una idea de la magnitud, un zeptojulio equivale a 10⁻²¹ julios. Es una cantidad tan absurdamente pequeña que los investigadores la comparan con la energía necesaria para levantar un glóbulo rojo apenas un nanómetro contra la gravedad terrestre.
Ahora un equipo de científicos finlandeses acaba de hacer algo todavía más extremo: medir directamente 0,83 zeptojulios. Y aunque la cifra suene abstracta, el logro podría terminar siendo muy importante para uno de los mayores desafíos tecnológicos actuales: leer ordenadores cuánticos sin destruir accidentalmente la información que contienen.
El nuevo dispositivo no “ve” energía: detecta cambios térmicos casi imposibles de percibir
El avance fue desarrollado por investigadores de la Universidad Aalto junto con IQM y VTT, y publicado en Nature Electronics bajo el nombre de Zeptojoule calorimetry. La pieza central del experimento es un calorímetro ultrasensible diseñado para captar pulsos extremadamente débiles de microondas.
El sistema funciona utilizando una combinación muy delicada entre superconductores y conductores normales. En los superconductores, la electricidad circula sin resistencia. Pero basta una cantidad diminuta de energía para alterar ligeramente ese equilibrio.
Cuando un pulso de microondas entra en el dispositivo, la temperatura del material cambia apenas una fracción minúscula. Ese pequeño calentamiento debilita la superconductividad y deja una huella medible. Lo fascinante es que el sistema no detecta una “luz” visible ni una señal intensa. Detecta algo mucho más sutil: una perturbación térmica casi indistinguible del ruido absoluto.
El experimento consiguió medir pulsos equivalentes a unos 170 fotones
Los investigadores no se limitaron a calcular teóricamente la sensibilidad del dispositivo. Midieron señales reales. El calorímetro logró detectar pulsos de microondas de 8,4 GHz con una resolución inferior al zeptojulio. En el artículo científico, el equipo informa de una resolución FWHM de 0,95 ± 0,02 zeptojulios.
Traducido al mundo cuántico, eso equivale aproximadamente a detectar unos 170 fotones a esa frecuencia. Y ahí es donde el resultado empieza a volverse realmente importante. Porque en computación cuántica, cualquier medición demasiado agresiva puede destruir el estado del sistema que intentas observar.
Los cúbits necesitan sensores extremadamente delicados para no colapsar
Los ordenadores cuánticos funcionan utilizando cúbits, sistemas increíblemente sensibles que operan a temperaturas cercanas al cero absoluto. El problema es que medir esos cúbits suele requerir amplificar señales muy débiles, introducir ruido térmico o alterar parcialmente el sistema durante la lectura. En otras palabras: observar un ordenador cuántico puede modificarlo. Por eso este calorímetro resulta tan interesante.
Según la Universidad Aalto, el dispositivo funciona precisamente dentro del mismo rango térmico utilizado por muchos cúbits superconductores actuales. Eso permitiría leer señales cuánticas extremadamente débiles añadiendo mucha menos perturbación al sistema. No significa que mañana existan ordenadores cuánticos perfectos. Pero sí abre la puerta a mediciones mucho más delicadas y precisas. Y en computación cuántica, medir mejor casi siempre significa cometer menos errores.
El siguiente objetivo es todavía más extraño: detectar fotones individuales de microondas
El estudio también apunta hacia una meta muchísimo más ambiciosa. Los investigadores creen que, combinando este sistema con sensores basados en grafeno, podría llegar a ser posible detectar fotones individuales en el rango de las microondas en tiempo real. Eso sería un avance enorme.
Detectar un único fotón de microondas es extremadamente complicado porque transporta muchísima menos energía que la luz visible. Estamos hablando de señales tan débiles que durante décadas estuvieron prácticamente fuera del alcance experimental. Pero si esa barrera cae, las aplicaciones podrían multiplicarse.
La tecnología también podría ayudar a buscar materia oscura en el universo
Y aquí la historia deja de ser solo computación cuántica. El equipo finlandés también menciona una posible aplicación en la búsqueda de axiones, unas partículas hipotéticas que algunos modelos consideran candidatas a explicar la materia oscura. Si los axiones existen, podrían generar señales extremadamente débiles y difíciles de distinguir del ruido de fondo del universo.
Ese es precisamente el tipo de problema para el que se diseñó este calorímetro. No basta con tener un detector potente. Hace falta un instrumento capaz de escuchar regiones físicas donde prácticamente ya no queda señal.
Lo más fascinante del logro es que amplía el límite de lo que los humanos pueden observar
La física moderna muchas veces avanza construyendo aceleradores gigantescos o telescopios enormes. Pero este trabajo representa otro tipo de progreso mucho más silencioso. Aquí el avance consiste en aprender a detectar algo que antes simplemente desaparecía dentro del ruido instrumental. Es, literalmente, ampliar el umbral de lo observable.
Porque hace no demasiado tiempo, medir 0,83 zeptojulios habría parecido imposible incluso para muchos laboratorios especializados. Hoy esa señal ya deja una huella visible. Pequeñísima, fría y casi imperceptible. Pero suficiente para recordarnos que incluso el universo más diminuto sigue hablando constantemente, aunque lo haga en un susurro.
