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. Usaron altamente sensibles, mediciones no destructivas para entrelazar los átomos manteniendo su coherencia colectiva, y una nueva técnica para permitir la acumulación coherente de señal a partir de formas de onda de forma arbitraria.

En este estudio, Los investigadores del ICFO Ferran Martin Ciurana, Dr. Giorgio Colangelo, Dr. Rob Sewell, dirigido por el Prof. Morgan Mitchell, atrapó un conjunto de más de un millón de átomos de rubidio que fueron enfriados con láser a 16 ° K, cerca del cero absoluto. Aplicaron un campo magnético estático a los átomos atrapados para hacer que los espines atómicos precesen (roten) sincrónicamente (coherentemente) a una frecuencia precisa de 42,2 kHz, que se encuentra dentro de la banda de baja frecuencia utilizada para la transmisión de radio AM. Luego aplicaron un campo de radiofrecuencia resonante débil en una dirección ortogonal, que perturbaba la precesión del espín atómico, esta era la señal que querían detectar.

En un magnetómetro de RF estándar, se permite que los espines atómicos evolucionen 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. Típicamente, esta técnica solo es sensible a un campo de RF aplicado a una frecuencia resonante fija.

En este estudio, los autores utilizaron dos técnicas para mejorar su medición. Primero, utilizaron mediciones estroboscópicas cuánticas de no demolición para preparar un estado de espín atómico entrelazado al comienzo de la secuencia de detección. Esto les permitió reducir el ruido cuántico proveniente de los átomos, y mejorar la sensibilidad del magnetómetro más allá del límite cuántico estándar.

Segundo, utilizaron una nueva técnica desarrollada en el grupo para permitir la detección coherente de un campo de RF con una frecuencia cambiante, como se usa, por ejemplo, en una transmisión de radio FM. Durante el tiempo de evolución libre, utilizaron el campo magnético estático aplicado para cambiar continuamente la frecuencia de resonancia de los átomos para que coincida con la frecuencia cambiante del campo de RF. Esto permitió que los átomos acumularan señales de manera coherente a partir de una única forma de onda de RF arbitraria, mientras bloquea las señales no deseadas de las formas de onda ortogonales.

Luego detectaron los átomos perturbados utilizando una segunda medición estroboscópica cuántica sin demolición para medir la señal debida al campo de RF. y verificar el entrelazamiento generado entre los espines atómicos.

Los investigadores demostraron su técnica detectando un campo de RF con chirridos lineales con una sensibilidad más allá del límite cuántico estándar. Pudieron medir la señal débil del campo magnético de RF con una reducción del 25 por ciento en el ruido experimental debido al entrelazamiento cuántico de los átomos. y una sensibilidad comparable a la de los mejores magnetómetros de RF utilizados hasta la fecha.

La técnica puede tener aplicaciones que incluyen la detección de campos biomagnéticos, caracterización de la microelectrónica, y búsquedas de civilizaciones extraterrestres.