El lugar más frío del universo

El equipo de Aquark a bordo del HMS Pursuer. Crédito: Aquark

Una empresa británica ha alcanzado una temperatura de -273,149996 °C con la tecnología cuántica que utiliza en su reloj atómico, creando así el lugar más frío del universo. Se trata de una solución de alta tecnología para un problema ancestral: la navegación marítima precisa sin el apoyo de sistemas satelitales.

Alexander Jantzen, cofundador y director de operaciones de Aquark Technologies, explica: «A principios del siglo XVIII, conocer la latitud al navegar se entendía observando la posición de estrellas distantes conocidas sobre el horizonte; sin embargo, la longitud era un misterio peligroso. El problema de la longitud radica en que nuestro planeta gira y no tenemos un punto de referencia fijo con el que compararnos en alta mar».

La solución a este problema llegó en 1735 cuando John Harrison desarrolló el primer cronómetro marino práctico.

“La solución para la precisión de la navegación fue, y sigue siendo, la precisión del tiempo”, afirma Jantzen. “Harrison resolvió el problema de la longitud, demostrando la precisión del posicionamiento con el cronómetro (el cronómetro más fiable de su época). Comparó la hora de un lugar conocido, como el lugar de donde zarpó el barco, con la hora del día en que se encontraba. Conocer la diferencia horaria con el mediodía le permitió al barco conocer con precisión su posición longitudinal”.

En la década de 1980, los sistemas de navegación por satélite del Sistema Mundial de Navegación por Satélite (incluido el GPS) hicieron que los cronómetros quedaran prácticamente obsoletos para la navegación práctica, porque las señales horarias necesarias para una navegación precisa provenían en su mayoría de los relojes atómicos de los satélites GNSS.

Si se interrumpe el GNSS, los relojes atómicos ofrecen un servicio de reserva confiable y entregan una señal de tiempo estable hasta que se restablece el acceso al GNSS, porque brindan un tictac altamente preciso, confiable y continuo con el que no se puede interferir.

En alta mar, la detección de suplantación de rumbo depende de la precisión de la referencia de tiempo. Los sistemas de puente necesitan un sistema de referencia preciso. En condiciones óptimas, los sistemas de posición, navegación y cronometraje (PNT) del puente de un buque tendrán el mismo ritmo que un reloj atómico. Pero cuando un receptor GNSS sufre una suplantación de rumbo, su sincronización se acelera con respecto al ritmo de referencia, lo que puede generar datos de posicionamiento poco fiables y peligrosos errores de navegación si no se detecta la suplantación de rumbo, afirma Jantzen.

La resiliencia del PNT se puede lograr cuando el sistema detecta una brecha entre las marcas del reloj atómico y el GNSS. El sistema puede cambiar a la señal horaria del reloj atómico durante la suplantación y volverá al GNSS cuando se cierre la brecha horaria.

“Los mejores sistemas de cronometraje de precisión actuales miden las propiedades de frecuencia naturales y estables de los átomos, según la mecánica cuántica, y las utilizan para corregir las desviaciones con respecto a un punto esperado, típicamente un oscilador de 10 MHz”, afirma Jantzen. “Para lograr la máxima precisión, es necesario acceder al átomo sin perturbaciones durante el mayor tiempo posible para eliminar el ruido y promediar las variaciones aleatorias. En Aquark, lo logramos mediante el enfriamiento láser de los átomos cerca del cero absoluto”.

A la temperatura extrema alcanzada por Aquark, el tictac cuántico natural del átomo puede medirse durante períodos más largos, ya que el movimiento natural de los átomos se ralentiza casi 10 000 veces, de 290 m/s a 34 mm/s. La frecuencia del reloj se compara continuamente con la frecuencia atómica y se corrige automáticamente si es necesario, reduciendo su deriva a largo plazo sin necesidad de corregir la señal de temporización que suele proporcionar el GNSS.

El AQlock es el primer reloj atómico disponible comercialmente, fabricado en el Reino Unido. Crédito: Aquark

En junio de 2025, Aquark se asoció con la Marina Real Británica para desplegar el AQlock a bordo del HMS Pursuer en una prueba de mar de tres días. Esta prueba, la primera de su tipo, evaluó la estabilidad del AQlock en mar abierto. Durante las pruebas, el reloj de átomo frío funcionó de forma continua, proporcionando una sincronización precisa sin corrección del GNSS, a pesar de estar expuesto al cabeceo y balanceo continuos del buque.

Aquark realizó la primera prueba submarina de su trampa de átomos fríos AQuest a bordo del vehículo submarino autónomo Autosub Long Range del Centro Nacional de Oceanografía. Crédito: Aquark

Aquark también realizó la primera prueba submarina de su trampa de átomos fríos AQuest, un componente clave de AQlock, en condiciones dinámicas a bordo del vehículo submarino autónomo Autosub Long Range del Centro Nacional de Oceanografía. Los datos recopilados proporcionaron métricas de rendimiento sobre el comportamiento y la robustez del sistema a diferentes temperaturas y presiones.

Lo que hace que esta prueba sea notable es que, históricamente, el enfriamiento de átomos mediante láser solo ha sido posible cuando un sistema está cuidadosamente aislado de la mayoría de las perturbaciones externas, lo cual constituye un gran desafío de ingeniería en tierra firme. Por lo tanto, fue un logro ver nuestra tecnología principal, la Trampa de Supermelaza, funcionar bajo el agua para formar nubes de átomos ultrafríos.

Descubierta en 2019 en la Universidad de Southampton, la Supertrampa de Melaza utilizada por AQlock simplifica la receta probada para crear átomos fríos, reduciéndola a una configuración mucho más simple que solo requiere la geometría adecuada de luz láser y ultraalto vacío (presión equivalente a la del espacio exterior). Su singularidad reside en que no requiere un campo magnético de apoyo.

Es difícil sobreestimar la importancia de esto en términos de ingeniería, ya que elimina aproximadamente el 50% de las complejidades del sistema, afirma Jantzen. Cambia fundamentalmente la forma en que se utilizan los átomos y allana el camino para una vía alternativa a la que ha liderado todo el campo durante casi cuatro décadas.

“La trampa de supermelaza nos permite reducir el tamaño, el peso, el coste y el consumo de energía de los sistemas de detección cuántica”.

Ese ha sido el principal desafío de los relojes atómicos hasta la fecha. Cuanto más precisos son, más grandes se vuelven. Los sistemas de átomos fríos convencionales y de alto rendimiento, como las trampas magnetoópticas, siguen siendo voluminosos, costosos y poco prácticos fuera de los entornos de laboratorio.

Aquark se acerca a su objetivo de reducir la dependencia global del GNSS para operaciones, infraestructura, telecomunicaciones, finanzas, transporte y muchos otros sectores. «La tecnología de materia fría es fundamental en nuestra actividad, y la sincronización es solo una de sus aplicaciones. Con la demanda y la innovación futuras, Aquark estará en una buena posición para desarrollar dispositivos de materia fría que puedan abordar todo el espectro de aplicaciones potenciales. Estas podrían incluir sensores de gravedad para navegación avanzada, exploración submarina y monitorización ambiental, así como nuevas capacidades en radiofrecuencia y detección de fuerza inercial.»

“Hoy en día existen claras demandas de resiliencia, sin embargo creemos que el mayor uso de la tecnología está en las aplicaciones aún por realizar”.

“La solución para la precisión de la navegación fue, y sigue siendo, la precisión en el tiempo”. Crédito: Aquark