Avans major pentru viitorul senzorilor cuantici

Adaugă-ne ca sursă preferată

Urmărește-ne in Discover

Un prototip de senzor cuantic construit de cercetătorii de la Imperial College London (Marea Britanie) a demonstrat pentru prima dată că ideea centrală din spatele viitorilor detectori cuantici poate funcționa în condiții experimentale reale.

Studiul, publicat în revista Nature, arată că prin compararea a două interferometre atomice cu linie de bază lungă, adică instrumente care folosesc lasere pentru a măsura comportamentul atomilor cu o precizie extremă, se poate anula eficient zgomotul experimental de fond.

Înțelegerea conținutului Universului și găsirea unor noi surse de unde gravitaționale rămân printre cele mai mari întrebări ale fizicii moderne.

Ambele obiective cer detectarea unor semnale extrem de slabe. Interferometrele atomice folosesc lasere pentru a diviza și recombina nori de atomi răciți aproape de zero absolut, măsurând modificările infime ale mișcării atomice.

Totuși, abordarea se lovește de un obstacol major: laserul care controlează experimentul creează un zgomot de fază mult mai mare decât semnalele pe care fizicienii speră să le detecteze.

Unele dintre cele mai mari întrebări ale fizicii moderne

Pentru a rezolva problema, oamenii de știință au propus o metodă diferențială, comparând două interferometre plasate în locații diferite, dar măsurate cu același laser, astfel încât zgomotul partajat să se anuleze reciproc.

„Știm de mult timp că senzorii cuantici ne pot ajuta să înțelegem universul, dar abia recent a devenit posibil să îi construim la rezoluția necesară”, declară dr. Charles Baynham, co-director al Laboratorului de Stronțiu Ultrarece de la Imperial.

Pentru a testa acest principiu, grupul de la Imperial a creat un prototip de laborator utilizând doi nori separați de stronțiu-87 ultrarece, măsurați cu un singur laser optic ultrafisurat. Pentru a stresa tehnica, echipa a adăugat intenționat cantități masive de zgomot de fază suplimentar în sistem.

Detectarea unor semnale extrem de slabe

Luate separat, ambele interferometre au devenit inutilizabile, tiparele de interferență fiind complet șterse de zgomot. Însă, când cele două instrumente au fost comparate diferențial, semnalul a reapărut.

Măsurătoarea combinată a atins limita fundamentală setată de fizica cuantică. Ulterior, cercetătorii au introdus un semnal oscilatoriu suplimentar (similar celui produs de o undă gravitațională sau de un câmp de materie întunecată), iar acesta a fost detectat cu claritate.

Extinderea acestor tehnologii la instalații de scară largă va permite abordarea unora dintre cele mai profunde mistere ale fizicii, inclusiv natura materiei întunecate și analiza unor benzi de frecvență ale undelor gravitaționale care în prezent sunt complet inaccesibile, scrie SciTechDaily.

Vă mai recomandăm să citiți și:

Pentru prima dată, fizicienii au „încurcat” doi atomi în mișcare, validând o teorie cuantică

Când vor deveni tehnologiile cuantice parte din viața de zi cu zi?

Incertitudinea cuantică a fost captată în timp real folosind impulsuri de lumină ultrascurte

Pentru prima dată, rotația Pământului a fost măsurată cu inseparabilitatea cuantică