NeoFronteras

Posicionamiento cuántico en submarinos

Área: Tecnología — domingo, 25 de mayo de 2014

Diversos laboratorios trabajan en un sistema de posicionamiento cuántico para submarinos que tal vez algún día tenga aplicaciones cotidianas.

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Hubo un tiempo en el que navegar por lo mares era un tanto complicado. Cuando en la Europa de Edad Moderna se quería navegar a América simplemente se fijaba la latitud y tarde o temprano uno se tropezaba con el continente al otro lado del Atlántico a la altura deseada. Pero no se sabía la longitud con precisión, sólo aproximada a través de los días que habían transcurrido desde la partida.
Para saber la longitud se requería un cronómetro de alta precisión. De este modo, el cronómetro se fijaba según la hora del meridiano de Greenwich y se llevaba en el barco. Si se deseaba saber la longitud sólo había que comparar la hora local del barco según el sol y compararla con la del cronómetro que tenía la de Greenwich.
Pero hacer cronómetros precisos no era tan sencillo. Esto no fue posible hasta mediados del siglo XVIII, cuando John Harrison diseño varios cronómetros para la martina británica. Así por ejemplo, su H-4 retrasó sólo cinco segundos en un viaje a Jamaica tras 80 días de navegación. Sus relojes participaban en un concurso que había promovido el gobierno británico para resolver el problema de la longitud. El premio le fue concedido a título póstumo en 1773 gracias a la intervención del rey Jorge III, después de que se hubiera dilatado la resolución durante décadas.
Quizás en pocos años los submarinos modernos puedan saber su posición gracias a un sistema de navegación cuántica 1000 veces más preciso que la tecnología actual.
Todos tenemos un sistema GPS en el teléfono móvil con el que podemos saber con precisión nuestra ubicación, algo que ya nos parece normal. Pero para ello se necesita cobertura GPS, es decir, líneas de observación directa al cielo que permitan la recepción de la señal de varios satélites. Esto no siempre es así, en el fondo de un barranco o cañón, en el interior de los edificios o determinadas calles rodeadas de rascacielos la recepción GPS es deficitaria o nula. Por otro lado la recepción de esa señal en un submarino bajo el agua es simplemente imposible.
Pero las leyes de la Física nos pueden echar una mano si somos hábiles. Newton ya descubrió que un objeto tiende a seguir una trayectoria en forma de línea recta con una velocidad constante si no actúan fuerzas sobre él. Dichas fuerzas aplicadas producirán una aceleración del objeto o una desaceleración en el caso de que se trate de fuerzas de rozamiento o contrarias al movimiento.
Pues bien, si se sabe en todo momento las aceleraciones en los tres ejes coordenados a las que está sujeto un objeto, entonces se sabe la posición del objeto al cabo de un tiempo si se conocía la posición inicial. Por tanto, si se dispone de un acelerómetro en un submarino, por ejemplo, se puede saber en dónde se encuentra durante su travesía. Ya existen acelerómetros que permiten esto, pero no tienen la suficiente precisión como para competir con el GPS cuando este falla.
Pero si se tiene éxito en la empresa de construir un sistema de posicionamiento cuántico, en un futuro se podrán crear dispositivos que funcionan en automóviles o incluso en telefonía celular. Algo así permitiría un sistema de respaldo a la conducción automática urbana, que no puede basarse solamente en GPS.
De momento la aplicación inmediata será en los submarinos, para los que se comete un error de 1 km diario cuando navegan sin GPS. Un acelerómetro cuántico permitiría rebajar ese a error a sólo un metro.
A la investigación y desarrollo de uno de estos sistemas se dedica Neil Stansfield (Defence Science and Technology Laboratory o DSTL) en el Reino Unido.
En un principio la idea se basa en los experimentos en los que se suspende un condensado de átomos ultrafríos en una trampa magneto-óptica. Cualquier perturbación hará que el condensado cambie de posición, algo que unos haces láser pueden determinar. Esto permite calcular la perturbación exterior y evaluar así la aceleración sufrida. Para una aplicación en el mundo real se necesitaría un montaje robusto.
DSTL ya dispone de un primer prototipo con un metro de longitud que se pondrá a prueba en 2015 y basado en un condensado de un millón de átomos de rubidio. Si la prueba es un éxito se pasaría a una etapa de miniaturización.
Lo malo es que un acelerómetro no distingue entre fuerzas aplicadas, sean la producida por las hélices del submarino o por la gravedad. La fuerza de gravedad puede variar ligeramente de un punto a otro del globo debido a los accidentes orográficos, así que si se quiere usar este tipo de posicionamiento hacen falta mapas gravimétricos precisos de los mares.
Otros laboratorios en el mundo persiguen la misma meta, sobre todo por la aplicación que tiene en submarinos. Estos podrían ir de patrulla sin ser detectados porque no tendrían que exponer su mástil en superficie para captar la señal GPS.
La parte negativa es que también se podría usar un sistema de estos en misiles para que así alcancen mejor su objetivo. Pero este tipo de tecnologías que empiezan siendo de aplicación militar pueden terminar siendo usadas por el ciudadano corriente, como ya pasa con el GPS. Los sistemas de enfriamiento por láser permiten eliminar los sistemas criogénicos de enfriamiento y quizás algún día tengamos sistemas de posicionamiento cuántico para objetos más cotidianos.

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Fuentes y referencias:
NewScientist.
Foto: Wikipedia.

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2 Comentarios

  1. amparo:

    Quizá os interese saber que ya se utilizo el giroscopio/acelerómetro en el primer viaje a la luna.
    Y antiguamente se podía conocer la “longitud” sin cronómetro, comparando la posición de la luna o de los satélites de Júpiter con datos astronómicos tabulados.

  2. Miguel Ángel:

    Pues no va desencaminada “amparo”:

    En los primeros grandes viajes se cometían errores groseros al calcular la longitud, desde Colón pasando por Magallanes/Elcano, García Jofre de Loaísa o Andrés de Urdaneta: todos se equivocaban.
    El primero en calcular correctamente la longitud fue James Cook en su primer viaje (1768-1771), pero NO lo hizo con la ayuda del cronómetro sino del “Almanaque naútico” basándose en las distancias entre la Luna y siete estrellas próximas. En su segundo viaje sí que usó el cronómetro, que era una réplica del H-4 de John Harrison que se menciona en la noticia.

    A Cook también hay que reconocerle el mérito de ser el primero en hacer mapas y cartografías de calidad (hace unos años pude ver por la tele el mapa que hizo de Terranova y es prácticamente exacto a los que tenemos hoy en día).

    Otro mérito de Cook fue resolver el problema del escorbuto y lo hizo de un modo empírico (aún no se sabía lo que era una vitamina). Y no fue del modo que lo cuentan en Wikipedia, sino que ordenó embarcar varios bidones de col fermentada en vinagre de manzana, limón y melaza. La tripulación se negaba a comerla pero, astutamente, Cook mandó que se sirviese en el comedor de oficiales del Endeavour: al ver que los mandos la comían, el resto de la tripulación no puso más pegas.

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