La rareza del entrelazamiento cuántico se ha aprovechado para detectar señales de radio ultra-débiles pero gracias a distintas aplicaciones se incluye la búsqueda de civilizaciones extraterrestres

Buenos Aires-(Nomyc)-En un estudio publicado en Physics Review Letters, investigadores del ICFO Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) de Barcelona, demuestran una nueva técnica para la detección coherente de campos magnéticos de radiofrecuencia utilizando un magnetómetro atómico.

Utilizan poca sensibilidad y técnicas no destructivas para entrelazar los átomos, manteniendo su coherencia colectiva y una nueva técnica para permitir la acumulación coherente de la señal de forma arbitraria formas de onda.

En este estudio, investigadores liderados por Morgan Mitchell, atraparon un conjunto de más de un millón de átomos de rubidio enfriados por láser a 16 K, cerca del cero absoluto.

Para ello aplicaron un campo magnético estático a los átomos atrapados, de modo que los espines atómicos precesionan, es decir rotan, de forma síncrona  y coherente, a una frecuencia precisa de 42,2 kHz, dentro de la banda de baja frecuencia utilizada para la radiodifusión AM.

A continuación, aplicaron un campo de radiofrecuencia de resonancia débil en una dirección ortogonal, lo que perturba la precesión de espín atómico, siendo esta es la señal que quieren detectar.

En un magnetómetro de radiofrecuencia estándar, se permite que los espines atómicos evolucionen de manera libre durante algún tiempo bajo la influencia de esta perturbación para permitir la acumulación coherente de la señal, antes de que se detecte el cambio en el estado atómico. De manera típica, esta técnica es sólo sensible a un campo de radiofrecuencia aplicado a una frecuencia de resonancia fija.

En este estudio, los autores utilizaron dos técnicas para mejorar su medición: en primer lugar, utilizan medidas de no-demolición cuántica estroboscópica para preparar un estado de espín atómico entrelazado al comienzo de la secuencia de detección, lo que permite reducir el ruido cuántico procedente de los átomos y mejorar la sensibilidad del magnetómetro más allá del límite cuántico estándar.

En segundo lugar, utilizaron una nueva técnica desarrollada en el grupo para permitir la detección coherente de un campo de radiofrecuencia con una frecuencia cambiante -como se utiliza, por ejemplo, en una emisión de radio FM.

Durante el tiempo de evolución libre, utilizan el campo magnético estático aplicado para desplazar continuamente la frecuencia de resonancia de los átomos para que coincida con la frecuencia cambiante del campo de radiofrecuencia, lo que permite que los átomos acumulen coherentemente la señal desde una sola forma de onda de radiofrecuencia arbitraria, mientras que bloquean las señales no deseadas de las formas de onda ortogonales.

A continuación, detectan los átomos perturbados utilizando una segunda medida estroboscópica de no-demolición cuántica para medir la señal debida al campo de radiofrecuencia y verificar el entrelazamiento generado entre los espines atómicos.

Los investigadores demostraron su técnica mediante la detección de un campo de radiofrecuencia con espín lineal con una sensibilidad más allá del límite cuántico estándar.

Fueron capaces de medir la señal de campo magnético de radiofrecuencia débil con una reducción del 25 por ciento en ruido experimental debido al entrelazamiento cuántico de los átomos, y una sensibilidad comparable a los mejores magnetómetros de radiofrecuencia utilizados hasta la fecha.

“La técnica puede tener aplicaciones que van desde la detección de campos bio-magnéticos, y la caracterización de la microelectrónica, hasta la búsqueda de civilizaciones extraterrestres”, según señalaron en un comunicado del ICFO.

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