Se ha desarrollado un enfoque cuántico-metrológico para sensores nanofotónicos resonantes basados en resonadores de ranura sub-longitud de onda Fabry-Perot. El análisis mediante la información cuántica de Fisher mostró que la precisión límite de las mediciones no depende de la calidad (nitidez resonante) de la cavidad, sino de cuán sensible es la fase de la luz transmitida al cambio del parámetro medido. Por lo tanto, el punto de trabajo óptimo del sensor puede no coincidir con el máximo de resonancia. Los estados cuánticos de la luz aumentan la sensibilidad, pero no cambian la geometría dictada por la física clásica. Estas conclusiones brindan pautas claras de ingeniería para crear sensores mejorados cuánticamente.
La creación de sensores ultrasensibles para mediciones de luz y espectroscopía comienza con cámaras diminutas donde la luz resuena como un eco en un pozo. Antes, los ingenieros perseguían el factor de calidad, la duración de ese eco: cuanto más tiempo suena, más notorios son los cambios más pequeños.
Pero las leyes del mundo cuántico, derivadas de las relaciones de incertidumbre, señalan otro camino. La precisión no está limitada por la duración del eco, sino por lo abrupto del cambio de fase de la onda, es decir, el momento en que la cresta llega a la pared de la cavidad. En otras palabras, no hay que escuchar la intensidad, sino el desplazamiento del ritmo.
Esto lo confirmó un experimento con un interferómetro, un dispositivo que divide la luz en dos haces que viajan a la velocidad de la luz y luego los vuelve a juntar. Resultó que el ajuste óptimo se encuentra donde el eco casi se ha extinguido, pero la fase responde con mayor agudeza a los cambios.
🎯 Un sensor basado en el cambio de fase puede detectar cómo una sola bacteria se posa sobre él: así de sensible es a las variaciones más mínimas.