En un estudio publicado en Cartas de revisión de física y resaltado por Física APS , los investigadores del ICFO demuestran una nueva técnica para la detección coherente de campos magnéticos de radiofrecuencia utilizando un magnetómetro atómico. Utilizan mediciones altamente destructivas y no destructivas para enredar los átomos, manteniendo su coherencia colectiva, y una nueva técnica para permitir la coherenciaacumulación de señal de formas de onda arbitrariamente formadas.
En este estudio, los investigadores de ICFO Ferran Martin Ciurana, Dr. Giorgio Colangelo, Dr. Rob Sewell, dirigido por ICREA Prof. en ICFO Morgan Mitchell, atrapan un conjunto de más de un millón de átomos de rubidio que se han enfriado con láser a 16? K, cercano al cero absoluto. Aplican un campo magnético estático a los átomos atrapados, de modo que los espines atómicos precesan giran sincrónicamente coherentemente a una frecuencia precisa de 42,2 kHz, dentro de la banda de baja frecuencia utilizada para la transmisión de radio AMLuego, aplican un campo de radiofrecuencia resonante débil en una dirección ortogonal, que perturba la precesión del espín atómico: esta es la señal que desean detectar.
En un magnetómetro rf estándar, los espines atómicos pueden evolucionar libremente durante algún tiempo bajo la influencia de esta perturbación para permitir la acumulación coherente de señal, antes de que se detecte el cambio en el estado atómico. Por lo general, esta técnica solo es sensiblea un campo rf aplicado a una frecuencia resonante fija.
En este estudio, los autores usan dos técnicas para mejorar su medición. Primero, usan mediciones cuánticas estroboscópicas de no demolición para preparar un estado de espín atómico enredado al comienzo de la secuencia de detección. Esto les permite reducir el ruido cuántico que vienede los átomos y mejorar la sensibilidad del magnetómetro más allá del límite cuántico estándar.
En segundo lugar, usan una nueva técnica desarrollada en el grupo para permitir la detección coherente de un campo rf con una frecuencia cambiante, como se usa, por ejemplo, en una transmisión de radio FM. Durante el tiempo de evolución libre, usan el aplicadocampo magnético estático para desplazar continuamente la frecuencia de resonancia de los átomos para que coincida con la frecuencia cambiante del campo rf. Esto permite que los átomos acumulen coherentemente la señal de una sola forma de onda rf arbitraria, al tiempo que bloquea las señales no deseadas de las formas de onda ortogonales.
Luego detectan los átomos perturbados usando una segunda medición cuántica estroboscópica de no demolición para medir la señal debida al campo rf y verificar el enredo generado entre los espines atómicos.
Los investigadores demostraron su técnica mediante la detección de un campo rf linealmente chirrido con una sensibilidad más allá del límite cuántico estándar. Pudieron medir la señal débil del campo magnético rf con una reducción del 25% en el ruido experimental debido al enredo cuántico delátomos, y una sensibilidad comparable a los mejores magnetómetros de RF utilizados hasta la fecha.
La técnica puede tener aplicaciones que van desde la detección de campos bio-magnéticos y la caracterización de microelectrónica, hasta la búsqueda de civilizaciones extraterrestres.
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Materiales proporcionado por ICFO-El Instituto de Ciencias Fotónicas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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