La computación cuántica ofrece avances en RM

La computación cuántica puede tener aplicaciones en áreas fuera de la pura electrónica, según una nueva investigación.

Trabajando en las periferias de la medición cuántica y la nanotecnología, el Dr. Gurudev Dutt, profesor asistente en el departamento de física y astronomía en la Escuela de Artes y Ciencias Kenneth P. Dietrich de la Universidad de Pittsburgh (Pitt; PA, EUA), y sus colegas reportaron los hallazgos de su estudio en un artículo publicado en-línea el 18 de Diciembre de 2011 en la revista Nature Nanotechnology. Los investigadores reportaron avances significativos hacia la consecución de un “generador de imágenes” magnético a nanoescala que abarque los electrones solo encerrados en un cristal de diamante.

“Piense en esto como un procedimiento médico típico —una resonancia magnética [RM] — pero en moléculas únicas o grupos de moléculas dentro de células en vez del cuerpo entero. Las técnicas RM tradicionales no funcionan bien con estos volúmenes pequeños, de modo que el instrumento debe ser construido para acomodarse al trabajo de tan alta precisión”, declaró el Dr. Dutt.

Sin embargo, surgió una tarea considerable para los científicos que trabajaban sobre la dificultad de construir tal instrumento: ¿cómo puede un campo magnético ser medido efectivamente usando la resonancia de los electrones únicos dentro del cristal de diamante? La resonancia es definida como la tendencia de un objeto para oscilar con energía más alta en una frecuencia particular, y ocurre naturalmente en todas partes. Según el Dr. Dutt, esas resonancias son especialmente fuertes debido a que les permiten a los físicos hacer mediciones sensibles de cantidades como fuerza, masa, y campos eléctricos y magnéticos. “Pero también restringen al campo máximo que uno puede medir de forma exacta”.

En la imaginología magnética, esto significa que los físicos pueden detectar solo un rango limitado de campos de moléculas cerca a la frecuencia resonante del sensor, dificultando el proceso de imaginología. “Puede ser hecho pero requiere un procesamiento de imágenes muy sofisticado y otras técnicas para entender qué está visualizando. Esencialmente, uno debe usar software para arreglar las limitaciones del hardware, y las exploraciones toman más tiempo y son más difíciles de interpretar”, comentó el Dr. Dutt.

El Dr. Dutt, trabajando con el investigador de posgrado, Ummal Momeen y el estudiante de PhD, Naufer Nusran, ambos en el departamento de física y astronomía de Pitt –ha empleado tecnología de computación cuántica para sobrepasar la limitación del hardware para ver el campo magnético entero. Extendiendo el campo, los investigadores Pitt han mejorado el índice entre la potencia máxima de campo detectable y la precisión de campo por un factor de 10 en comparación con el método convencional utilizado anteriormente. Esto los pone más cerca de desarrollar un instrumento de RM a nanoescala, futuro, que pueda examinar características de moléculas, materiales, y células de una manera no invasiva, exhibiendo donde están localizados los átomos sin destruirlos; los métodos actuales empleados para esta clase de estudio inevitablemente destruyen las muestras. “Esto tendría un impacto inmediato en nuestro entendimiento de esas moléculas, materiales, o células vivas y potencialmente nos permite crear mejores tecnologías”, dijo el Dr. Dutt.

Esos son solo los hallazgos iniciales, reportó el Dr. Dutt, y espera que se hagan más mejoras con investigación adicional. “Nuestro trabajo muestra que los métodos de computación cuántica alcanzan más allá que las tecnologías electrónicas puras y pueden solucionar problemas que, antes parecían ser bloqueos fundamentales para hacer progresos con mediciones de alta precisión”.

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University of Pittsburgh