Zwiększenie czułości czujników atomowych
Naukowcy uczestniczący w finansowanym przez UE projekcie AQUMET mieli ambitny cel: zademonstrowanie i zarejestrowanie czułości czujników atomowych, a następnie zwiększenie tej czułości przy wykorzystaniu fizyki kwantowej, a w szczególności stanu splątania. Przykładami czujników atomowych są zegary atomowe i magnetometry atomowe. To, czego dokonali naukowcy, jest naprawdę przełomowym osiągnięciem, które umożliwi wykonywanie niezwykle precyzyjnych pomiarów w wielu dziedzinach. „Ta praca jest interesująca pod względem technologicznym, ponieważ pola magnetyczne są wszechobecne, a prawie wszystko generuje lub w pewien sposób modyfikuje pole magnetyczne” – mówi Morgan Mitchell, koordynator projektu. „W praktyce posiadanie dostępu do bardzo precyzyjnych pomiarów przynosi korzyści na przykład podczas poszukiwania minerałów, ponieważ umożliwia dokładne zmierzenie pola magnetycznego Ziemi zakłóconego przez podziemne złoża mineralne. „Dzięki takim pomiarom można również badać różne procesy biologiczne zachodzące w sercu i mózgu na podstawie wytwarzanego przez nie pola magnetycznego”. Ściskanie Czułość magnetometru atomowego jest określona przez najmniejszy sygnał, który urządzenie jest w stanie rozszczepić. Ta definicja jest znacznie ograniczona ze względu na szum kwantowy. Przykładowo, jeśli laser wykryje atomy i ich reakcję na pole magnetyczne, czułość będzie ograniczona przez szum śrutowy będący źródłem szumu kwantowego. Aby zredukować szum śrutowy, a tym samym zwiększyć czułość magnetyczną, można zastosować techniki optyki kwantowej znane jako ściskanie (ang. squeezing) – to właśnie zrobili naukowcy uczestniczący w projekcie AQUMET. „Nasze badanie przyczyniło się do dokonania pierwszych ulepszeń w zakresie czułości magnetycznej dzięki technice ściskania – zarówno ściskania światła, która zmniejsza szum śrutowy, jak i technice ściskania szumu kwantowego w atomach” – wyjaśnia Mitchell. „Odkryliśmy, że szum kwantowy w atomach znacznie różni się od szumu kwantowego w świetle. Rozumiejąc te różnice, jesteśmy w stanie zidentyfikować kilka nowych stanów ściśniętych, w tym makroskopowe stany singletowe i planarne stany ściśnięte. Według Mitchella planarny stan ściśnięty jest szczególnie interesujący, ponieważ wykazano, że redukuje on szum kwantowy, zwiększając czułość bardziej skomplikowanych czujników, w tym aparatów do rezonansu magnetycznego, które muszą być w stanie jednocześnie wykryć wiele właściwości atomowych. W samą porę Okazało się, że projekt AQUMET był realizowany w najbardziej odpowiednim czasie. „Poprzez badania ograniczeń kwantowych czujników atomowych i opracowanie nowych metod redukcji szumów kwantowych w tych czujnikach, projekt stworzył fundament, dzięki któremu można będzie wykorzystywać kwantowe technologie wykrywania w ramach różnorodnych inicjatyw i sektorów” – mówi Mitchell. „Projekt ten odgrywa dużą rolę w inicjatywie przewodniej UE w zakresie technologii kwantowych oraz umożliwia wykorzystanie technologii wykrywania w badaniach medycznych”. Chociaż projekt już się zakończył, naukowcy kontynuują swoje działania w zakresie pokonywania ograniczeń technologii wykrywania poprzez wykorzystywanie systemu stworzonego w ramach projektu AQUMET. Ponadto rezultaty projektu AQUMET są obecnie wykorzystywane w nowych systemach fizycznych, takich jak małe magnetometry atomowe do wykrywania pól biomagnetycznych. Trwają również badania nad zastosowaniem nowych stanów ściśniętych zidentyfikowanych przez naukowców AQUMET w zaawansowanych technologiach, takich jak zegary atomowe.
Słowa kluczowe
AQUMET, fizyka kwantowa, wykrywanie atomowe, technologie kwantowe, technologie wykrywania
