Em um estudo publicado em Cartas de revisão de física e destacado por Física APS , Os pesquisadores do ICFO demonstram uma nova técnica para a detecção coerente de campos magnéticos de radiofrequência usando um magnetômetro atômico. Eles usaram alta sensibilidade, medições não destrutivas para emaranhar os átomos, mantendo sua coerência coletiva, e uma nova técnica para permitir o acúmulo coerente de sinal a partir de formas de onda de formato arbitrário.

Neste estudo, Os pesquisadores do ICFO, Ferran Martin Ciurana, Dr. Giorgio Colangelo, Dr. Rob Sewell, liderado pelo Prof. Morgan Mitchell, prendeu um conjunto de mais de um milhão de átomos de rubídio que foram resfriados a laser a 16 ° K, perto do zero absoluto. Eles aplicaram um campo magnético estático aos átomos presos para fazer os spins atômicos precessarem (girarem) sincronizadamente (coerentemente) a uma frequência precisa de 42,2 kHz, que está dentro da banda de baixa frequência usada para a transmissão de rádio AM. Eles então aplicaram um campo de frequência de rádio ressonante fraco em uma direção ortogonal, que perturbou a precessão do spin atômico - esse era o sinal que eles queriam detectar.

Em um magnetômetro RF padrão, os spins atômicos podem evoluir livremente por algum tempo sob a influência dessa perturbação para permitir o acúmulo coerente de sinal antes que a mudança no estado atômico seja detectada. Tipicamente, esta técnica só é sensível a um campo de RF aplicado a uma frequência ressonante fixa.

Neste estudo, os autores usaram duas técnicas para melhorar sua medição. Primeiro, eles usaram medições quânticas estroboscópicas de não demolição para preparar um estado de spin atômico emaranhado no início da sequência de detecção. Isso permitiu que eles reduzissem o ruído quântico proveniente dos átomos, e melhorar a sensibilidade do magnetômetro além do limite quântico padrão.

Segundo, eles usaram uma nova técnica desenvolvida no grupo para permitir a detecção coerente de um campo de RF com uma frequência variável - conforme é usado, por exemplo, em uma transmissão de rádio FM. Durante o tempo de evolução livre, eles usaram o campo magnético estático aplicado para mudar continuamente a frequência de ressonância dos átomos para coincidir com a frequência de mudança do campo de RF. Isso permitiu que os átomos criassem sinais de forma coerente a partir de uma única forma de onda de RF arbitrária, enquanto bloqueia sinais indesejados de formas de onda ortogonais.

Eles então detectaram os átomos perturbados usando uma segunda medição quântica de não demolição estroboscópica, a fim de medir o sinal devido ao campo de RF, e verifique o emaranhamento gerado entre os spins atômicos.

Os pesquisadores demonstraram sua técnica detectando um campo de RF linearmente chiado com uma sensibilidade além do limite quântico padrão. Eles foram capazes de medir o sinal do campo magnético de RF fraco com uma redução de 25 por cento no ruído experimental devido ao emaranhamento quântico dos átomos, e uma sensibilidade comparável aos melhores magnetômetros RF usados ​​até hoje.

A técnica pode ter aplicações, incluindo a detecção de campos biomagnéticos, caracterização de microeletrônica, e procura por civilizações extraterrestres.