Registrering af radiobølger med sammenfiltrede atomer

I en undersøgelse offentliggjort i Fysik Review Letters og fremhævet af APS fysik , ICFO -forskere demonstrerer en ny teknik til sammenhængende påvisning af radiofrekvente magnetfelter ved hjælp af et atommagnetometer. De brugte meget følsom, ikke -destruktive målinger for at forvirre atomerne og samtidig bevare deres kollektive sammenhæng, og en ny teknik til at tillade sammenhængende opbygning af signal fra vilkårligt formede bølgeformer.

I dette studie, ICFO -forskere Ferran Martin Ciurana, Dr. Giorgio Colangelo, Dr. Rob Sewell, ledet af prof. Morgan Mitchell, fanget et ensemble med mere end en million rubidiumatomer, der blev laserafkølet til 16 ° K, nær absolut nul. De anvendte et statisk magnetfelt til de fangede atomer for at få atomspinnene til at synkronisere (rotere) synkront (sammenhængende) med en præcis frekvens på 42,2 kHz, som er inden for det lavfrekvente bånd, der bruges til AM -radioudsendelse. De anvendte derefter et svagt resonant radiofrekvensfelt i en ortogonal retning, som forstyrrede atomspin -recessionen - dette var det signal, de ønskede at opdage.

I et standard RF -magnetometer, atomspins får lov til at udvikle sig frit i nogen tid under påvirkning af denne forstyrrelse for at tillade sammenhængende opbygning af signal, før ændringen i atomtilstanden detekteres. Typisk, denne teknik er kun følsom over for et RF -felt påført med en fast resonansfrekvens.

I dette studie, forfatterne brugte to teknikker til at forbedre deres måling. Først, de brugte stroboskopiske kvante-ikke-nedrivningsmålinger til at forberede en sammenfiltret atomspintilstand ved starten af ​​detektionssekvensen. Dette tillod dem at reducere kvantestøj fra atomerne, og forbedre magnetometerets følsomhed ud over standardkvantegrænsen.

Sekund, de brugte en ny teknik udviklet i gruppen for at muliggøre sammenhængende detektering af et RF -felt med en skiftende frekvens - som det bruges, for eksempel, i en FM -radioudsendelse. I den frie evolutionstid, de brugte det påførte statiske magnetfelt til kontinuerligt at forskyde atomernes resonansfrekvens for at matche RF -feltets skiftende frekvens. Dette gav atomerne mulighed for sammenhængende at opbygge signal fra en enkelt vilkårlig RF -bølgeform, mens du blokerer uønskede signaler fra ortogonale bølgeformer.

De opdagede derefter de forstyrrede atomer ved hjælp af en anden stroboskopisk kvante-ikke-nedrivningsmåling for at måle signalet på grund af RF-feltet, og verificere forvikling genereret blandt atomspins.

Forskerne demonstrerede deres teknik ved at opdage et lineært kvidret RF -felt med en følsomhed ud over standardkvantumgrænsen. De var i stand til at måle det svage RF -magnetfeltsignal med en reduktion på 25 procent i eksperimentel støj på grund af atomernes sammenfiltring, og en følsomhed, der kan sammenlignes med de hidtil bedste RF -magnetometre.

Teknikken kan have applikationer, herunder påvisning af biomagnetiske felter, karakterisering af mikroelektronik, og søger efter udenjordiske civilisationer.