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Un equipo de investigadores de la Universidad de Innsbruck (Austria) ha desarrollado un nuevo método de espectroscopia cuántica que permite estudiar moléculas individuales con una precisión hasta ahora difícil de alcanzar.
La técnica, publicada en la revista Nature, utiliza principios de la mecánica cuántica para detectar la absorción de un único fotón por parte de un ion molecular.
El trabajo, dirigido por Philipp Schindler, se basa en la medición del espectro de una única molécula de hidróxido de calcio. El avance permite obtener información sobre las características vibracionales de la molécula sin necesidad de destruirla durante el proceso de análisis.
La espectroscopia de absorción se utiliza habitualmente para identificar estructuras moleculares. Cada molécula presenta un patrón de absorción de luz característico en función de su estructura, de manera que el espectro obtenido puede actuar como una auténtica huella molecular.
El principal desafío aparece cuando se pretende aplicar esta metodología a una única molécula. En este caso, la señal generada por la absorción de luz es extremadamente pequeña y puede quedar prácticamente oculta por el ruido. El equipo de Innsbruck ha conseguido superar esta limitación mediante una estrategia basada en procesamiento de información cuántica y entrelazamiento.
La técnica emplea dos iones acoplados mediante su interacción eléctrica. Por un lado se encuentra el ion molecular, cuya medición resulta complicada, y por otro un átomo auxiliar que puede controlarse con mayor facilidad. Ambos sistemas se mantienen en una trampa de iones y comparten información a través de su movimiento conjunto.
Uno de los elementos clave del método es el denominado estado del ´gato de Schrödinger´, que permite incrementar extraordinariamente la sensibilidad del sistema frente a perturbaciones muy pequeñas.
Cuando la molécula absorbe un fotón infrarrojo, experimenta un diminuto retroceso. Aunque este cambio sería demasiado pequeño para detectarse directamente mediante técnicas convencionales, el átomo entrelazado actúa como un sensor capaz de amplificar esa información y hacer posible su medición.
A través de este procedimiento, los investigadores pudieron identificar una vibración molecular característica correspondiente al estiramiento del enlace O-H del ion molecular de hidróxido de calcio. Los resultados experimentales mostraron además una buena concordancia con los cálculos teóricos realizados por investigadores colaboradores de la Universidad de Varsovia.
Una de las principales ventajas de esta aproximación es su carácter no destructivo. El ion molecular puede analizarse sin ser destruido ni sufrir modificaciones químicas durante la medición.
Esta característica abre nuevas posibilidades para estudiar moléculas complejas y preparar estados cuánticos de diferentes especies moleculares. Los investigadores consideran que el desarrollo puede contribuir a avanzar hacia técnicas de espectroscopia molecular de mayor precisión y, a más largo plazo, a nuevas aplicaciones dentro de las tecnologías cuánticas.
La investigación se apoya en trabajos previos del equipo de Schindler relacionados con el control de moléculas poliatómicas en trampas de iones. El proyecto actual ha contado con financiación del Fondo Austriaco para la Ciencia, la Fundación Betty y Gordon Moore y la Agencia Austriaca de Fomento de la Investigación, entre otras instituciones.
El estudio original, publicado el 26 de agosto de 2026 en Nature bajo el título Infrared absorption spectroscopy of a single polyatomic molecular ion, representa así un paso adelante en la convergencia entre química molecular, espectroscopia y tecnologías cuánticas.
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