Imagínate poder sentarte y relajarte mientras el coche se encarga de todo el manejo. Aunque ya existen vehículos con funciones de conducción autónoma, todavía no están permitidos en las calles sin supervisión humana. Uno de los mayores obstáculos es la precisión del sistema GPS, que aún tiene margen de mejora.
La exactitud de los sistemas de geolocalización depende en gran medida de la precisión de la medición del tiempo y la posición. Sin embargo, una innovación tecnológica promete cambiar radicalmente esta situación: un reloj atómico óptico del tamaño de un grano de arroz que funciona con chips de micropeine.
El papel de los relojes atómicos en la geolocalización
Los sistemas GPS actuales dependen de más de 400 relojes atómicos distribuidos en distintos puntos del mundo, los cuales permiten proporcionar datos de ubicación con un margen de error de varios metros. Estos relojes funcionan midiendo las oscilaciones de los átomos cuando cambian entre distintos niveles de energía. La mayoría utiliza microondas para generar estas oscilaciones, pero los científicos llevan tiempo explorando si los láseres pueden mejorar aún más esta precisión.
Hasta ahora, los relojes atómicos ópticos eran demasiado grandes y complejos para ser utilizados fuera de un laboratorio. Sin embargo, un equipo de investigadores ha logrado miniaturizarlos sin comprometer su precisión.
Una nueva generación de relojes atómicos
Investigadores de la Universidad de Purdue (EE. UU.) y la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia) han desarrollado una técnica que permite reducir significativamente el tamaño de estos dispositivos, haciéndolos más accesibles. Su implementación podría revolucionar la navegación, la conducción autónoma y la medición de la actividad geológica.
“Con los relojes atómicos actuales, el GPS tiene una precisión de varios metros”, explica el profesor Minghao Qi, de la Universidad de Purdue. “Gracias a los relojes atómicos ópticos, podemos reducir este margen a solo unos centímetros o incluso menos. Esto facilitaría la navegación de los vehículos autónomos y permitiría medir pequeñas variaciones en la corteza terrestre, lo cual sería útil para predecir erupciones volcánicas y otros fenómenos geológicos”.
La clave: los chips de micropeine
El estudio, publicado en la revista Nature Photonics, describe cómo estos relojes utilizan chips de micropeine, una tecnología que funciona como una especie de regla para las ondas de luz. Estos chips generan una serie de frecuencias luminosas distribuidas uniformemente. “Esto nos permite sincronizar una de esas frecuencias con un láser ajustado a las oscilaciones del reloj atómico”, detalla Qi.
Las oscilaciones de los relojes atómicos ópticos ocurren a frecuencias de cientos de terahercios (THz), demasiado altas para ser medidas directamente con circuitos electrónicos. Los chips de micropeine resuelven este problema y hacen que el sistema sea mucho más compacto. “Estos chips sirven de puente entre las señales ópticas del reloj atómico y las frecuencias de radio necesarias para contar las oscilaciones”, explica el profesor Victor Torres Company, de la Universidad Tecnológica de Chalmers. “Gracias a su reducido tamaño, podemos miniaturizar el reloj sin perder precisión”.
Superando desafíos técnicos
Uno de los principales retos fue estabilizar el sistema y lograr que la micropeine estuviera perfectamente sincronizada con el reloj atómico. “Un solo micropeine no era suficiente. Tuvimos que emplear dos con una ligera diferencia de frecuencia, de aproximadamente 20 GHz”, explica el investigador Kaiyi Wu, de la Universidad de Purdue. “Este método nos permitió convertir la información temporal del reloj atómico en una frecuencia de radio más manejable”.
La nueva tecnología se basa en la fotónica integrada, un campo que combina luz (fotones) y electrónica. Los investigadores lograron integrar componentes láser en chips fotónicos, eliminando la necesidad de grandes sistemas ópticos. “Hemos conseguido empaquetar todos los elementos en chips de solo unos milímetros: los micropeines de frecuencia, las fuentes atómicas y los láseres. Todo cabe dentro”, añade Wu.
Hacia la producción en masa
El siguiente paso es escalar la producción de estos relojes atómicos en miniatura para hacerlos más asequibles y de uso generalizado. “Esperamos que futuras mejoras en los materiales y en los procesos de fabricación permitan que esta tecnología se convierta en estándar en dispositivos como teléfonos y computadoras”, concluye Torres Company.
Con este avance, el futuro de la navegación y la conducción autónoma podría estar mucho más cerca de lo que imaginamos.
— Fuente: Wu, K., O’Malley, N.P., Fatema, S. et al. Vernier microcombs for integrated optical atomic clocks. Nat. Photon. (2025). https://doi.org/10.1038/s41566-025-01617-0
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