El avance fue logrado por científicos del Laboratorio de Investigación del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de Estados Unidos, conocido como DEVCOM, según informó la institución. El sensor podría mejorar la conciencia situacional, fortalecer las comunicaciones seguras y ayudar a los soldados a tomar decisiones más rápidas y mejor informadas en entornos de combate complejos.

"Nuestro trabajo en ciencia cuántica se trata de dar a nuestros soldados nuevas formas de percibir y comprender el mundo que los rodea", dijo David Meyer, físico investigador del Laboratorio de Investigación del Ejército. "Esta investigación abre la puerta a detectar y localizar señales en un amplio rango de frecuencias en un solo paquete de detección, incluso en los entornos más desafiantes", añadió Meyer.

Medición de ondas de radio en tres dimensiones

El nuevo sensor se basa en átomos de Rydberg, que son átomos colocados en un estado altamente excitado que los hace extremadamente sensibles a los campos eléctricos, según explicaron los investigadores. El dispositivo puede determinar no solo la intensidad del campo electromagnético, sino también la orientación de polarización tridimensional y la dirección de propagación, conocida como vector k.

Según el Laboratorio de Investigación del Ejército, esta es la primera vez que se logra tal medición utilizando un sensor cuántico. Los sensores tradicionales generalmente miden la intensidad de un campo electromagnético en una sola dirección a la vez. El sensor cuántico desarrollado por el Laboratorio de Investigación del Ejército, sin embargo, puede "ver" tanto la dirección como el movimiento del campo electromagnético, proporcionando una imagen tridimensional completa.

A pesar de tener solo unos pocos centímetros de diámetro, el sensor puede determinar la dirección de las señales entrantes con una precisión de aproximadamente dos grados, según los investigadores. Esto podría convertirlo en una plataforma altamente flexible para detectar y localizar señales de radiofrecuencia en entornos disputados.

Un sensor diminuto para un espectro saturado

A diferencia de las antenas convencionales, que a menudo necesitan ser físicamente comparables en tamaño a las señales que detectan y generalmente están limitadas a rangos de frecuencia estrechos, el sensor del Laboratorio de Investigación del Ejército es independiente del tamaño de la señal. También puede operar en todo el espectro de radiofrecuencia.

Esta capacidad proviene de la naturaleza de banda ancha de los átomos de Rydberg, que pueden operar desde corriente continua hasta frecuencias de terahercios, según la institución.

"El campo de batalla moderno es un entorno de radiofrecuencia extremadamente complicado", dijo Meyer. "Con la proliferación de sistemas autónomos, puede haber cientos de fuentes de señal distintas. Tener una sola plataforma de sensor que cubra todo el espectro de radiofrecuencia y pueda medir la dirección tridimensional de esos campos representa una capacidad potencialmente transformadora, especialmente en conciencia del espectro", continuó.

Construcción sobre años de investigación cuántica

El sensor funciona utilizando una pequeña celda de vidrio llena de vapor de átomos de rubidio, según describieron los investigadores. Los científicos hacen pasar láseres a través de la celda para colocar los átomos en estados de Rydberg. Cuando una onda de radio pasa a través, los átomos responden de una manera que revela la intensidad, dirección y movimiento del campo en tres dimensiones.

El trabajo más reciente se basa en el desarrollo anterior del Laboratorio de Investigación del Ejército del electrómetro de Rydberg. En 2024, el equipo demostró su capacidad para medir la polarización del campo de radiofrecuencia y decodificar información codificada en esa polarización, según la institución.

La investigación fue publicada en un artículo en la revista Physical Review Applied.

Implicaciones para operaciones militares futuras

El desarrollo de este sensor cuántico representa un avance significativo en la capacidad del Ejército de Estados Unidos para operar en entornos electromagnéticos cada vez más congestionados y disputados. La capacidad de detectar y localizar múltiples señales simultáneamente en todo el espectro de radiofrecuencia con un solo dispositivo compacto podría proporcionar ventajas tácticas sustanciales en el campo de batalla moderno.

La tecnología podría permitir a las fuerzas militares identificar rápidamente la ubicación de transmisores enemigos, mejorar la protección contra interferencias electromagnéticas y optimizar el uso del espectro de radiofrecuencia para comunicaciones propias. La precisión de dos grados en la determinación de la dirección de señales, combinada con el tamaño compacto del dispositivo, sugiere aplicaciones potenciales en plataformas móviles y sistemas autónomos.

El Laboratorio de Investigación del Ejército continúa desarrollando esta tecnología cuántica como parte de sus esfuerzos más amplios para proporcionar capacidades de detección avanzadas a las fuerzas armadas estadounidenses en un entorno operacional cada vez más complejo y tecnológicamente sofisticado.