Los sensores recogen ciertos parámetros como la temperatura y la presión del aire en su proximidad. Los físicos de Kaiserslautern y un colega de Hannover han logrado por primera vez utilizar un solo átomo de cesio como sensor para temperaturas ultra frías. Para determinar los datos medidos, utilizaron estados cuánticos:el giro o momento angular del átomo. Con estos giros midieron la temperatura de un gas ultrafrío y el campo magnético. El sistema se caracteriza por una sensibilidad particularmente alta. Estos sensores podrían usarse en el futuro, por ejemplo, para investigar sistemas cuánticos sin interferencias. El trabajo fue publicado en la revista Revisión física X .

En sus experimentos, científicos dirigidos por el profesor Dr. Artur Widera, que estudia sistemas cuánticos, observaron átomos de cesio individuales en un gas rubidio enfriado hasta casi el cero absoluto. La temperatura es sólo una milmillonésima parte de una fracción de grado por encima de este punto cero. En su estudio actual, han investigado si los estados de espín del átomo de cesio se pueden utilizar para obtener información. "El término espín se refiere al momento angular intrínseco de un átomo, "explica el profesor Widera de Technische Universität Kaiserslautern (TUK)." En cesio, hay siete orientaciones diferentes para este giro ”. La investigación se centró en la temperatura del gas.

Una vez que se introduce el átomo de cesio en el gas rubidio, los átomos de rubidio chocan con él. "Esto permite que el momento angular se intercambie entre los átomos hasta que se logre un equilibrio de espín, "explica el Dr. Quentin Bouton, científico principal y primer autor del estudio. Los investigadores miden el giro del átomo individual y, por lo tanto, pueden determinar la temperatura. Comparando este método con los métodos de medición convencionales, donde los físicos obtienen el mismo valor de temperatura, confirma su éxito.

La característica especial del estudio fue la alta sensibilidad de la medición. En una medida típica, es necesario poner el sensor en contacto con el gas frío y esperar hasta que se alcance el equilibrio. "De hecho, para sensores cuánticos, hay un límite fundamental para su sensibilidad en equilibrio. Sin embargo, incluimos información sobre las interacciones entre cesio y rubidio por adelantado, así que no tuvimos que esperar hasta que el átomo estuviera en equilibrio con el gas rubidio, "Bouton continúa. Como resultado, El sistema de medición de los investigadores de Kaiserslautern tiene una sensibilidad que es aproximadamente 10 veces superior a la requerida por el límite cuántico fundamental.

"Solo necesitábamos tres procesos de intercambio de vueltas, en otras palabras, tres colisiones atómicas:para llegar a un resultado, "Bouton continúa. Por lo tanto, la perturbación del gas rubidio también se limita a tres cuantos. Este es un paso importante hacia la medición de sistemas cuánticos sensibles con la menor perturbación posible, que es de interés para futuras aplicaciones en tecnología cuántica.

"Esta es la primera vez que usamos un solo átomo como sensor que usa información cuántica y es significativamente mejor que un sensor clásico". Widera señala. Los físicos también llevaron a cabo este experimento con campos magnéticos y registraron los estados magnéticos. Este sensor novedoso y altamente sensible es adecuado, por ejemplo, para examinar sistemas cuánticos frágiles casi sin destrucción.

Además del grupo de trabajo del profesor Widera, El profesor Dr. Eberhard Tiemann de Hannover participó en el trabajo.