Investigadores de Quantum Technology Hub Sensors and Timing han desarrollado una forma de reducir los dispositivos utilizados en los sistemas de detección cuántica. que está dirigido por la Universidad de Birmingham.

Los dispositivos de detección tienen una gran cantidad de usos industriales, desde la realización de estudios en tierra hasta el seguimiento de volcanes. Los científicos que trabajan en formas de mejorar las capacidades de estos sensores ahora están utilizando tecnologías cuánticas, basado en átomos fríos, para mejorar su sensibilidad.

Máquinas desarrolladas en laboratorios que utilizan tecnología cuántica, sin embargo, son engorrosos y difíciles de transportar, haciendo que los diseños actuales no sean adecuados para la mayoría de los usos industriales.

El equipo de investigadores ha utilizado un nuevo enfoque que permitirá que los sensores cuánticos se reduzcan a una fracción de su tamaño actual. La investigación fue realizada por un equipo internacional dirigido por la Universidad de Birmingham y SUSTech en China en colaboración con la Universidad Paderborn en Alemania. Sus resultados se publican en Avances de la ciencia .

La tecnología cuántica que se utiliza actualmente en los dispositivos de detección funciona controlando con precisión los rayos láser para diseñar y manipular átomos a temperaturas extremadamente frías. Para gestionar esto, los átomos deben estar contenidos dentro de una cámara sellada al vacío donde se puedan enfriar a las temperaturas deseadas.

Un desafío clave en la miniaturización de los instrumentos es reducir el espacio requerido por los rayos láser, que normalmente deben organizarse en tres pares, en ángulos. Los láseres enfrían los átomos disparando fotones contra el átomo en movimiento, reduciendo su impulso y por lo tanto enfriándolo.

Los nuevos hallazgos muestran cómo se puede utilizar una nueva técnica para reducir el espacio necesario para el sistema de suministro de láser. El método utiliza dispositivos llamados metasuperficies ópticas, estructuras fabricadas que se pueden usar para controlar la luz.

Se puede diseñar un chip óptico de metasuperficie para difractar un solo haz en cinco haces bien equilibrados y uniformes que se utilizan para sobreenfriar los átomos. Este único chip puede reemplazar los complejos dispositivos ópticos que actualmente componen el sistema de enfriamiento.

Los dispositivos fotónicos de metauperficie han inspirado una serie de actividades de investigación novedosas en los últimos años y esta es la primera vez que los investigadores han podido demostrar su potencial en dispositivos cuánticos de átomos fríos.

Dr. Yu-Hung Lien, autor principal del estudio, dice:"La misión del Centro de tecnología cuántica del Reino Unido es ofrecer tecnologías que puedan ser adoptadas y utilizadas por la industria. El diseño de dispositivos que sean lo suficientemente pequeños para ser portátiles o que puedan adaptarse a los procesos y prácticas industriales es vital. Este nuevo enfoque representa un avance significativo en este enfoque ".

El equipo ha logrado producir un chip óptico que mide solo 0,5 mm de ancho, resultando en una plataforma para futuros dispositivos de detección que miden aproximadamente 30 cm cúbicos. El siguiente paso será optimizar el tamaño y el rendimiento de la plataforma para producir la máxima sensibilidad para cada aplicación.