Os relógios quânticos estão encolhendo, graças às novas tecnologias desenvolvidas na Universidade de Birmingham, Reino Unido, Quantum Technology Hub Sensors and Timing
Trabalhando em colaboração e parcialmente financiado pelo Laboratório de Ciência e Tecnologia de Defesa do Reino Unido (Dstl), uma equipe de físicos quânticos desenvolveu novas abordagens que não apenas reduzem o tamanho de seu relógio, mas também o tornam robusto o suficiente para ser transportado para fora do planeta. laboratório e empregado no 'mundo real'.

Relógios quânticos – ou atômicos – são amplamente vistos como essenciais para abordagens cada vez mais precisas em áreas como comunicações online em todo o mundo, sistemas de navegação ou negociação global de ações, onde frações de segundos podem fazer uma enorme diferença econômica. Relógios atômicos com frequências de relógio óptico podem ser 10.000 vezes mais precisos do que seus equivalentes de micro-ondas, abrindo a possibilidade de redefinir a unidade de medida padrão (SI).

Relógios ópticos ainda mais avançados poderão um dia fazer uma diferença significativa tanto na vida cotidiana quanto na ciência fundamental. Ao permitir períodos mais longos entre a necessidade de ressincronização do que outros tipos de relógio, eles oferecem maior resiliência para a infraestrutura nacional de cronometragem e desbloqueiam futuras aplicações de posicionamento e navegação para veículos autônomos. A precisão incomparável desses relógios também pode nos ajudar a ver além dos modelos padrão da física e entender alguns dos aspectos mais misteriosos do universo, incluindo a matéria escura e a energia escura. Esses relógios também ajudarão a resolver questões fundamentais da física, como se as constantes fundamentais são realmente 'constantes' ou estão variando com o tempo.

O pesquisador principal, Dr. Yogeshwar Kale, diz que "a estabilidade e a precisão dos relógios ópticos os tornam cruciais para muitas redes de informação e comunicações futuras. Uma vez que tenhamos um sistema pronto para uso fora do laboratório, podemos usá-los, por exemplo, , redes de navegação terrestre onde todos esses relógios são conectados via fibra óptica e começaram a se comunicar. Essas redes reduzirão nossa dependência de sistemas GPS, que às vezes podem falhar."

“Esses relógios ópticos transportáveis ​​não apenas ajudarão a melhorar as medições geodésicas – as propriedades fundamentais da forma da Terra e as variações da gravidade – mas também servirão como precursores para monitorar e identificar sinais geodinâmicos como terremotos e vulcões em estágios iniciais”.

Embora esses relógios quânticos estejam avançando rapidamente, as principais barreiras para implantá-los são seu tamanho – os modelos atuais vêm em uma van ou em um trailer de carro e têm cerca de 1.500 litros – e sua sensibilidade às condições ambientais que limitam seu transporte entre lugares diferentes.

A equipe de Birmingham, com sede no Reino Unido Quantum Technology Hub Sensors and Timing, apresentou uma solução que aborda esses dois desafios em um pacote que é uma 'caixa' de cerca de 120 litros que pesa menos de 75 kg. O trabalho é publicado em Quantum Science and Technology.

Um porta-voz da Dstl acrescentou que "a Dstl vê a tecnologia de relógio óptico como um facilitador chave de recursos futuros para o Ministério da Defesa. Esses tipos de relógios têm o potencial de moldar o futuro, dando à infraestrutura nacional maior resiliência e mudando a forma como as redes de comunicação e de sensores são projetados. Com o apoio da Dstl, a Universidade de Birmingham fez um progresso significativo na miniaturização de muitos dos subsistemas de um relógio de rede óptica e, ao fazê-lo, superou muitos desafios significativos de engenharia. Estamos ansiosos para ver o progresso que eles podem fazer neste campo emocionante e veloz."

Os relógios funcionam usando lasers para produzir e depois medir oscilações quânticas em átomos. Essas oscilações podem ser medidas com alta precisão e, a partir da frequência, é possível medir também o tempo. Um desafio é minimizar as influências externas nas medições, como vibrações mecânicas e interferência eletromagnética. Para isso, as medições devem ocorrer no vácuo e com o mínimo de interferência externa.

No centro do novo design está uma câmara de ultra-alto vácuo, menor do que qualquer outra já usada no campo da manutenção do tempo quântico. Esta câmara pode ser usada para prender os átomos e depois resfriá-los muito perto do valor 'zero absoluto' para que eles atinjam um estado em que possam ser usados ​​para sensores quânticos de precisão.

A equipe demonstrou que poderia capturar quase 160 mil átomos ultrafrios dentro da câmara em menos de um segundo. Além disso, eles mostraram que podiam transportar o sistema por mais de 200 km, antes de configurá-lo para estar pronto para fazer medições em menos de 90 minutos. O sistema foi capaz de sobreviver a um aumento de temperatura de 8 graus acima da temperatura ambiente durante a viagem.

Dr. Kale, acrescentou que eles "foram capazes de mostrar um sistema robusto e resiliente, que pode ser transportado e configurado rapidamente por um único técnico treinado. Isso nos deixa um passo mais perto de ver esses instrumentos quânticos altamente precisos sendo usados ​​em ambientes desafiadores fora de um ambiente de laboratório." + Explorar mais

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