In uno studio pubblicato su Lettere di revisione di fisica ed evidenziato da Fisica APS , I ricercatori dell'ICFO dimostrano una nuova tecnica per il rilevamento coerente dei campi magnetici a radiofrequenza utilizzando un magnetometro atomico. Hanno usato altamente sensibile, misurazioni non distruttive per impigliare gli atomi pur mantenendo la loro coerenza collettiva, e una nuova tecnica per consentire l'accumulo coerente di segnale da forme d'onda di forma arbitraria.

In questo studio, I ricercatori ICFO Ferran Martin Ciurana, Dott. Giorgio Colangelo, Dottor Rob Sewell, guidato dal Prof. Morgan Mitchell, intrappolato un insieme di oltre un milione di atomi di rubidio che sono stati raffreddati al laser a 16°K, vicino allo zero assoluto. Hanno applicato un campo magnetico statico agli atomi intrappolati per far precedere (ruotare) gli spin atomici in modo sincrono (coerentemente) a una frequenza precisa di 42,2 kHz, che è all'interno della banda a bassa frequenza utilizzata per la trasmissione radiofonica AM. Hanno quindi applicato un debole campo di radiofrequenza risonante in direzione ortogonale, che ha perturbato la precessione di spin atomico:questo era il segnale che volevano rilevare.

In un magnetometro RF standard, gli spin atomici possono evolvere liberamente per qualche tempo sotto l'influenza di questa perturbazione per consentire l'accumulo coerente di segnale prima che venga rilevato il cambiamento nello stato atomico. Tipicamente, questa tecnica è sensibile solo a un campo RF applicato a una frequenza di risonanza fissa.

In questo studio, gli autori hanno utilizzato due tecniche per migliorare la loro misurazione. Primo, hanno usato misurazioni quantistiche stroboscopiche di non demolizione per preparare uno stato di spin atomico entangled all'inizio della sequenza di rilevamento. Questo ha permesso loro di ridurre il rumore quantistico proveniente dagli atomi, e migliorare la sensibilità del magnetometro oltre il limite quantistico standard.

Secondo, hanno usato una nuova tecnica sviluppata nel gruppo per consentire il rilevamento coerente di un campo RF con una frequenza variabile, come viene utilizzato, Per esempio, in una trasmissione radio FM. Durante il tempo di evoluzione libera, hanno usato il campo magnetico statico applicato per spostare continuamente la frequenza di risonanza degli atomi in modo che corrisponda alla frequenza mutevole del campo RF. Ciò ha permesso agli atomi di costruire coerentemente il segnale da una singola forma d'onda RF arbitraria, bloccando i segnali indesiderati da forme d'onda ortogonali.

Hanno quindi rilevato gli atomi perturbati utilizzando una seconda misurazione quantistica stroboscopica di non demolizione per misurare il segnale dovuto al campo RF, e verificare l'entanglement generato tra gli spin atomici.

I ricercatori hanno dimostrato la loro tecnica rilevando un campo RF a cinguettio lineare con una sensibilità oltre il limite quantistico standard. Sono stati in grado di misurare il debole segnale del campo magnetico RF con una riduzione del 25% del rumore sperimentale dovuto all'entanglement quantistico degli atomi, e una sensibilità paragonabile ai migliori magnetometri RF utilizzati fino ad oggi.

La tecnica può avere applicazioni tra cui il rilevamento di campi biomagnetici, caratterizzazione della microelettronica, e cerca civiltà extraterrestri.