Un team di scienziati, guidato dall'Università di Bristol, hanno scoperto un nuovo metodo che potrebbe essere utilizzato per costruire sensori quantistici con altissima precisione.

Quando i singoli atomi emettono luce, lo fanno in pacchetti discreti chiamati fotoni.

Quando questa luce viene misurata, questa natura discreta o 'granulare' porta a fluttuazioni particolarmente basse nella sua luminosità, poiché due o più fotoni non vengono mai emessi contemporaneamente.

Questa proprietà è particolarmente utile nello sviluppo di future tecnologie quantistiche, dove le fluttuazioni basse sono fondamentali, e ha portato a un'ondata di interesse per i sistemi ingegnerizzati che agiscono come atomi quando emettono luce, ma le cui proprietà sono più facilmente adattabili.

Questi "atomi artificiali" come sono conosciuti, sono generalmente realizzati con materiali solidi, e sono infatti oggetti molto più grandi, in cui la presenza di vibrazioni è inevitabile, e di solito considerato dannoso.

Però, un team collaborativo, guidato dall'Università di Bristol, ha ora stabilito che queste vibrazioni naturali negli atomi artificiali possono sorprendentemente portare a una soppressione delle fluttuazioni di luminosità ancora maggiore di quella presente nei sistemi atomici naturali.

Gli autori, che includono accademici delle università di Sheffield e Manchester, mostrano che queste basse fluttuazioni potrebbero essere utilizzate per costruire sensori quantistici che sono intrinsecamente più precisi di quelli possibili senza vibrazioni.

I loro risultati sono pubblicati oggi sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

La dottoressa Dara McCutcheon, Il ricercatore principale della ricerca e docente di ingegneria quantistica presso la School of Physics dell'Università di Bristol ha dichiarato:"Le implicazioni di questa ricerca sono di vasta portata.

"Di solito si pensa sempre alle vibrazioni presenti in questi atomi artificiali relativamente grandi come dannose per la luce che emettono, come in genere le vibrazioni spingono i livelli di energia, con le fluttuazioni risultanti impresse sui fotoni emessi.

"Quello che sta succedendo qui però, è che a basse temperature l'ambiente vibrazionale agisce per raffreddare il sistema, in un certo senso congelando i livelli di energia, e a sua volta sopprimendo le fluttuazioni sui fotoni emessi."

Questo lavoro punta verso una nuova visione per questi atomi artificiali, in cui la loro natura allo stato solido viene effettivamente messa a frutto per produrre luce che non potrebbe essere prodotta utilizzando sistemi atomici naturali.

Apre inoltre le porte a una nuova serie di applicazioni che utilizzano atomi artificiali per il rilevamento quantistico potenziato, che vanno dalla magnetometria su piccola scala che potrebbe essere utilizzata per misurare i segnali nel cervello, fino al rilevamento delle onde gravitazionali su larga scala che rivela i processi cosmici al centro delle galassie.