La detección de señales débiles es un paso crucial en la verificación de las hipótesis de la física y en la realización de avances en la investigación de la física fundamental y de vanguardia. Sin embargo, si las señales son demasiado débiles para medirlas, es necesario mejorarlas. Una forma atractiva de amplificar las señales es la amplificación cuántica. Las técnicas de amplificación cuántica de vanguardia todavía tienen algunas limitaciones porque se basan en las transiciones de estado discretas inherentes de los átomos y las moléculas y, por lo tanto, carecen de capacidad de ajuste, por lo general mejoran solo una señal dentro de un rango estrecho de frecuencias.

Para resolver este problema, el equipo de investigación dirigido por el Prof. Peng Xinhua de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia de Ciencias de China, en colaboración con el Prof. Dmitry Budker de la Institución Helmholtz en Mainz, extendió la amplificación cuántica a periódicamente giros impulsados. El resultado fue publicado en Physical Review Letters .

Los sistemas accionados periódicamente, o sistemas Floquet, se describen mediante hamiltonianos periódicos dependientes del tiempo. Un sistema Floquet posee niveles de energía con brechas de energía iguales, y el estado del sistema puede saltar entre diferentes niveles de energía a través de transiciones de resonancia. La combinación de amplificación cuántica y el sistema Floquet promete superar las limitaciones de los métodos convencionales de amplificación cuántica.

Los investigadores condujeron periódicamente ¹²⁹ Xe gas noble con un campo oscilante. Los hamiltonianos de ¹²⁹ Luego, los giros Xe se volvieron periódicos en el tiempo y el sistema obtuvo dimensiones sintéticas adicionales, lo que permite transiciones de resonancia en un rango de frecuencia más amplio. Con este ¹²⁹ Xe Floquet spin system, los investigadores demostraron la amplificación de múltiples ondas electromagnéticas débiles simultáneamente, tanto en teoría como experimentalmente.

Este trabajo amplía la amplificación cuántica a los sistemas Floquet y observa un nuevo tipo de fenómeno de amplificación:la amplificación de espín de Floquet. Supera en gran medida las limitaciones de los amplificadores convencionales, aumenta el ancho de banda de operación en mediciones de nivel de femtotesla y permite amplificar más de una señal en diferentes frecuencias mientras tanto. Este amplificador Floquet permite una amplia gama de aplicaciones en mediciones de precisión y en el estudio de la física fundamental. + Explora más

Los investigadores observan el efecto de interferencia entre las cuasipartículas de Floquet utilizando un reloj de celosía óptica de estroncio