Sensor cuántico de diamante de Princeton logra sensibilidad 40 veces mayor mediante entrelazamiento

Un equipo de investigadores de la Universidad de Princeton ha desarrollado un sensor cuántico basado en diamante que establece un nuevo umbral de sensibilidad para la observación de fenómenos magnéticos a escala nanométrica. El avance, publicado en la revista Nature el 26 de noviembre de 2025, supera las técnicas previas en un factor de aproximadamente cuarenta veces.

La metodología se centra en la manipulación precisa de centros de vacante de nitrógeno (NV) en diamantes cultivados en laboratorio. Estos defectos cristalinos actúan como qubits sensibles a su entorno magnético. La innovación clave reside en la ingeniería de dos centros NV situados a una distancia cercana de 10 nanómetros, lo que permite su interacción cuántica a través del entrelazamiento. Este entrelazamiento facilita la triangulación de firmas magnéticas en medio de fluctuaciones inherentemente ruidosas, permitiendo una única medición normal, según explicó la Dra. Nathalie de Leon, autora principal y profesora asociada en Princeton.

La creación de esta configuración de doble centro NV requirió una técnica de implantación de alta energía, proyectando moléculas de nitrógeno a más de 30,000 pies por segundo sobre el diamante para anidar los dos átomos de nitrógeno a la distancia precisa. Este trabajo se fundamenta en exploraciones teóricas iniciadas durante la pandemia de COVID-19 por Jared Rovny y De Leon, quienes investigaban la detección de correlaciones en el ruido magnético.

La relevancia de esta capacidad de observación a nanoescala es significativa para la física de la materia condensada, especialmente en el estudio de materiales avanzados como el grafeno y los superconductores. Los superconductores son esenciales para el desarrollo de tecnologías como herramientas avanzadas de imagenología médica y sistemas de trenes de levitación magnética. El Dr. Philip Kim, físico experimental de la Universidad de Harvard ajeno al estudio, destacó la importancia práctica de la nueva técnica, señalando que ofrece la posibilidad de sondear directamente materiales reales y complejos, a diferencia de los métodos anteriores restringidos a redes atómicas construidas.

La transición de la detección de correlación no entrelazada, que exigía sistemas complejos, a un sistema entrelazado que requiere una sola medición, sugiere una vía más práctica para la aplicación de la tecnología cuántica en la investigación de materiales. Esta sensibilidad mejorada permite a los científicos obtener información crucial sobre las dinámicas internas de los materiales, superando las limitaciones de los instrumentos de medición convencionales.