Embora a tecnologia quântica tenha se mostrado valiosa para cronometragem altamente precisa, tornar essas tecnologias práticas para uso em uma variedade de ambientes ainda é um desafio chave. Em uma etapa importante em direção aos dispositivos quânticos portáteis, pesquisadores desenvolveram uma nova fonte de átomo frio compacto de alto fluxo com baixo consumo de energia que pode ser um componente-chave de muitas tecnologias quânticas.

"O uso de tecnologias quânticas baseadas em átomos resfriados a laser já levou ao desenvolvimento de relógios atômicos que são usados ​​para cronometragem em nível nacional, "disse o líder da equipe de pesquisa Christopher Foot da Universidade de Oxford no Reino Unido." Os relógios precisos têm muitas aplicações na sincronização de comunicações eletrônicas e sistemas de navegação, como GPS. Relógios atômicos compactos que podem ser implantados de forma mais ampla, incluindo no espaço, fornecem resiliência em redes de comunicação porque os relógios locais podem manter uma cronometragem precisa, mesmo se houver uma interrupção da rede. "

No jornal The Optical Society (OSA) Optics Express , S. Ravenhall, B. Yuen e Foot descrevem o trabalho realizado em Oxford, Reino Unido para demonstrar um design completamente novo para uma fonte de átomo frio. O novo dispositivo é adequado para uma ampla gama de tecnologias de átomos frios.

“Neste projeto, pegamos um design que fizemos para fins de pesquisa e o desenvolvemos em um dispositivo compacto, "disse Foot." Além dos aplicativos de cronometragem, dispositivos compactos de átomo frio também podem ser usados ​​para instrumentos de mapeamento gravitacional, navegação e comunicações inerciais e para estudar fenômenos físicos em aplicações de pesquisa, como matéria escura e ondas gravitacionais. "

Resfriando átomos com luz

Embora possa parecer contra-intuitivo, a luz laser pode ser usada para resfriar átomos a temperaturas extremamente baixas, exercendo uma força que desacelera os átomos. Este processo pode ser usado para criar uma fonte de átomo frio que gera um feixe de átomos resfriados a laser direcionado para uma região onde medições de precisão para cronometragem ou detecção de ondas gravitacionais, por exemplo, são realizados.

O resfriamento a laser geralmente requer um arranjo complicado de espelhos para iluminar os átomos no vácuo de todas as direções. No novo trabalho, os pesquisadores criaram um design completamente diferente que usa apenas quatro espelhos. Esses espelhos são dispostos como uma pirâmide e colocados de uma maneira que permite que eles deslizem uns sobre os outros como as pétalas de uma flor para criar um buraco no topo da pirâmide através do qual os átomos frios são empurrados para fora. O tamanho deste orifício pode ser ajustado para otimizar o fluxo de átomos frios para várias aplicações. O arranjo da pirâmide reflete a luz de um único feixe de laser que entra na câmara de vácuo por meio de uma única janela de visualização, assim, simplificando muito a ótica.

Os espelhos, que estão localizados dentro da região de vácuo da fonte de átomo frio, foram criados polindo metal e aplicando um revestimento dielétrico. "A capacidade de ajuste deste design é um recurso totalmente novo, "disse Pé." Criar uma pirâmide de quatro blocos de metal polido idênticos simplifica a montagem, e pode ser usado sem o mecanismo de ajuste. "

Melhores medições com mais átomos

Para testar seu novo projeto de fonte de átomo frio, os pesquisadores construíram equipamentos de laboratório para caracterizar completamente o fluxo de átomos emitido por um orifício no ápice da pirâmide.

"Demonstramos um fluxo excepcionalmente alto de átomos de rubídio, "disse Foot." A maioria dos dispositivos de átomos frios fazem medições que melhoram com o número de átomos usados. Fontes com um fluxo mais alto podem, portanto, ser usadas para melhorar a precisão da medição, aumente a relação sinal-ruído ou ajude a alcançar larguras de banda de medição maiores. "

Os pesquisadores afirmam que a nova fonte é adequada para aplicação comercial. Por apresentar um pequeno número de componentes e poucas etapas de montagem, aumentar a produção para produzir várias cópias seria simples.