Sensori quantici ad atomi freddi ultra sensibili per il progresso della geofisica e dell’informatica
La tecnologia degli atomi freddi non è ancora usata in applicazioni reali. Il progetto ISENSE, finanziato dall’UE, si propone di cambiare le cose con nuove tecnologie integrate in un singolo sistema e dimostrate in un dispositivo di sensore quantico ad atomi freddi. I sensori quantici usano effetti quantici avanzati, come la superposizione, per ottenere livelli ultra-alti di sensibilità (che vanno oltre quelli di un dispositivo classico). Un atomo può essere simultaneamente in due stati interni di energia (superposizione) il che significa che gli atomi viaggiano lungo due percorsi di altezza diversa – cosa che permette agli scienziati di costruire sensori di gravità ultra-sensibili. I dispositivi ad atomi freddi possono raggiungere un controllo completo della posizione, la velocità e gli stati interni degli atomi usando tecniche di interazione luce-atomo. “Una volta che gli atomi vengono raffreddati fino a un milionesimo di grado al di sopra dello zero assoluto, diventano sonde perfette per i sensori quantici. La rilevazione del tempo, della gravità, delle rotazioni e dei campi magnetici è stata dimostrata in un laboratorio con una sensibilità adeguata per la documentazione,” spiega il prof. Kai Bongs dell’Università di Birmingham, Regno Unito, coordinatore del progetto ISENSE. “La tecnologia di iSense crea le potenzialità per un gravimetro mobile e assoluto con una sensibilità più alta,” aggiunge. Se si raffreddano ulteriormente gli atomi, diventano un gas quantico degenerato che potrebbe essere usato nell’informatica quantica. Anche se questa tecnologia è già stata dimostrata, ISENSE sta andando oltre con l’integrazione di tutti i componenti necessari per un sensore quantico ad atomi freddi in un sistema mobile. “Si tratta di un passo essenziale per tradurre la scienza in una tecnologia commerciale che potrebbe cambiare la nostra vita,” dice Bongs. ISENSE ha sviluppato una tecnologia quantica ad atomi freddi usando laser, resa ottica, controllo elettronico, tecnologia di chip a vuoto e ad atomo a bassa potenza. Queste tecnologie sono state integrate in un sensore di gravità per dimostrarne la funzionalità. Trasferimento sul mercato Il progetto è riuscito a dimostrare il sensore quantico ISENSE a Bruxelles. Questo ha permesso al progetto di suscitare un più ampio interesse da parte dell’industria verso la tecnologia quantica. “Il settore industriale ha capito che ci sono vere opportunità pratiche. Adesso, più di 70 aziende sostengono il Centro nazionale per la tecnologia quantica nei sensori e nella metrologia nel Regno Unito, che sta sviluppando ulteriormente le nostre tecnologie,” spiega Bongs. Una volta disponibili sul mercato, i dispositivi di sensori della gravità mobili ultra-sensibili potrebbero rivoluzionare la geofisica, per esempio mediante la mappatura delle acque, l’analisi delle attività vulcaniche e sismiche, l’esame di cantieri edili per verificare l’eventuale presenza di doline e per localizzare le tubature sotterranee. Attualmente, gli scavi necessari per verificare la presenza di buche costano all’economia dell’UE miliardi di euro l’anno. La piattaforma tecnologica sviluppata da ISENSE può essere usata in qualsiasi dispositivo ad atomi freddi. Come sensori quantici, simulatori quantici, memorie quantiche per comunicazione quantica e computer quantici. La tecnologia più vicina al mercato sono i sensori quantici, in particolare per la gravità, il tempo, la rotazione e i campi magnetici.
Parole chiave
Sensori quantici, atomi freddi, tecnologie quantiche, geofisica, gravità, rilevazione
