Los relojes cuánticos se están reduciendo, gracias a las nuevas tecnologías desarrolladas en el Quantum Technology Hub Sensors and Timing del Reino Unido dirigido por la Universidad de Birmingham

Trabajando en colaboración con el Laboratorio de Ciencia y Tecnología de Defensa (Dstl) del Reino Unido y parcialmente financiado por este, un equipo de físicos cuánticos ha ideado nuevos enfoques que no solo reducen el tamaño de su reloj, sino que también lo hacen lo suficientemente robusto como para ser transportado fuera del laboratorio y empleado en el 'mundo real'.

Los relojes cuánticos, o atómicos, se consideran esenciales para enfoques cada vez más precisos en áreas como las comunicaciones en línea en todo el mundo, los sistemas de navegación o el comercio global de acciones, donde las fracciones de segundo podrían marcar una gran diferencia económica. Los relojes atómicos con frecuencias de reloj óptico pueden ser 10 000 veces más precisos que sus equivalentes de microondas, lo que abre la posibilidad de redefinir la unidad de medida estándar (SI).

Incluso los relojes ópticos más avanzados podrían algún día marcar una diferencia significativa tanto en la vida cotidiana como en la ciencia fundamental. Al permitir períodos más largos entre la necesidad de resincronizar que otros tipos de relojes, ofrecen una mayor resiliencia para la infraestructura de cronometraje nacional y desbloquean futuras aplicaciones de posicionamiento y navegación para vehículos autónomos. La precisión sin igual de estos relojes también puede ayudarnos a ver más allá de los modelos estándar de física y comprender algunos de los aspectos más misteriosos del universo, incluida la materia oscura y la energía oscura. Dichos relojes también ayudarán a abordar cuestiones de física fundamental, como si las constantes fundamentales son realmente 'constantes' o si varían con el tiempo

El investigador principal, el Dr. Yogeshwar Kale, dice que "la estabilidad y la precisión de los relojes ópticos los hacen cruciales para muchas redes de información y comunicaciones futuras. Una vez que tengamos un sistema que esté listo para usar fuera del laboratorio, podemos usarlos, por ejemplo. , redes de navegación en tierra donde todos estos relojes están conectados a través de fibra óptica y comienzan a comunicarse entre sí. Estas redes reducirán nuestra dependencia de los sistemas GPS, que a veces pueden fallar".

"Estos relojes ópticos transportables no solo ayudarán a mejorar las mediciones geodésicas, las propiedades fundamentales de la forma de la Tierra y las variaciones de gravedad, sino que también servirán como precursores para monitorear e identificar señales geodinámicas como terremotos y volcanes en etapas tempranas".

Aunque estos relojes cuánticos avanzan rápidamente, las principales barreras para implementarlos son su tamaño (los modelos actuales vienen en una furgoneta o en un remolque de automóvil y pesan alrededor de 1500 litros) y su sensibilidad a las condiciones ambientales que limitan su transporte entre diferentes lugares.

El equipo de Birmingham, con sede en el Quantum Technology Hub Sensors and Timing del Reino Unido, ha ideado una solución que aborda estos dos desafíos en un paquete que es una "caja" de aproximadamente 120 litros que pesa menos de 75 kg. El trabajo se publica en Quantum Science and Technology.

Un portavoz de Dstl agregó que "Dstl ve la tecnología de reloj óptico como un habilitador clave de capacidades futuras para el Ministerio de Defensa. Este tipo de relojes tienen el potencial de dar forma al futuro al brindar a la infraestructura nacional una mayor resiliencia y cambiar la forma en que las redes de comunicación y sensores están diseñados. Con el apoyo de Dstl, la Universidad de Birmingham ha logrado un progreso significativo en la miniaturización de muchos de los subsistemas de un reloj de celosía óptica y, al hacerlo, superó muchos desafíos de ingeniería importantes. Esperamos ver qué progresos adicionales pueden hacer en este campo emocionante y de rápido movimiento".

Los relojes funcionan mediante el uso de láseres para producir y luego medir las oscilaciones cuánticas en los átomos. Estas oscilaciones se pueden medir con gran precisión y, a partir de la frecuencia, es posible medir también el tiempo. Un desafío es minimizar las influencias externas en las mediciones, como las vibraciones mecánicas y la interferencia electromagnética. Para ello, las mediciones deben realizarse en el vacío y con una mínima interferencia externa.

En el corazón del nuevo diseño se encuentra una cámara de ultra alto vacío, más pequeña que cualquier otra utilizada hasta ahora en el campo del cronometraje cuántico. Esta cámara se puede usar para atrapar los átomos y luego enfriarlos muy cerca del valor de 'cero absoluto' para que alcancen un estado en el que se puedan usar para sensores cuánticos de precisión.

El equipo demostró que podían capturar cerca de 160 mil átomos ultrafríos dentro de la cámara en menos de un segundo. Además, demostraron que podían transportar el sistema a lo largo de 200 km, antes de configurarlo para que estuviera listo para tomar medidas en menos de 90 minutos. El sistema pudo sobrevivir a un aumento de temperatura de 8 grados por encima de la temperatura ambiente durante el viaje.

El Dr. Kale agregó que "han podido mostrar un sistema robusto y resistente, que puede ser transportado y configurado rápidamente por un solo técnico capacitado. Esto nos acerca un paso más a ver estos instrumentos cuánticos de alta precisión que se utilizan en entornos desafiantes fuera de un entorno de laboratorio". + Explora más

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