Un modo per ridurre i dispositivi utilizzati nei sistemi di rilevamento quantistico è stato sviluppato dai ricercatori del Quantum Technology Hub Sensors and Timing del Regno Unito, che è guidato dall'Università di Birmingham.

I dispositivi di rilevamento hanno un numero enorme di usi industriali, dalla realizzazione di rilievi al suolo al monitoraggio dei vulcani. Gli scienziati che lavorano su modi per migliorare le capacità di questi sensori stanno ora utilizzando tecnologie quantistiche, a base di atomi freddi, per migliorare la loro sensibilità.

Macchine sviluppate nei laboratori utilizzando la tecnologia quantistica, però, sono ingombranti e difficili da trasportare, rendendo i progetti attuali inadatti alla maggior parte degli usi industriali.

Il team di ricercatori ha utilizzato un nuovo approccio che consentirà ai sensori quantistici di ridursi a una frazione delle loro dimensioni attuali. La ricerca è stata condotta da un team internazionale guidato dall'Università di Birmingham e da SUSTech in Cina in collaborazione con l'Università di Paderborn in Germania. I loro risultati sono pubblicati in Progressi scientifici .

La tecnologia quantistica attualmente utilizzata nei dispositivi di rilevamento funziona controllando con precisione i raggi laser per progettare e manipolare gli atomi a temperature super fredde. Per gestire questo, gli atomi devono essere contenuti all'interno di una camera sottovuoto dove possono essere raffreddati alle temperature desiderate.

Una sfida chiave nella miniaturizzazione degli strumenti consiste nel ridurre lo spazio richiesto dai raggi laser, che in genere devono essere disposti in tre coppie, impostato ad angoli. I laser raffreddano gli atomi sparando fotoni contro l'atomo in movimento, abbassando il suo slancio e quindi raffreddandolo.

Le nuove scoperte mostrano come è possibile utilizzare una nuova tecnica per ridurre lo spazio necessario per il sistema di erogazione del laser. Il metodo utilizza dispositivi chiamati metasuperfici ottiche, strutture fabbricate che possono essere utilizzate per controllare la luce.

Un chip ottico di metasuperficie può essere progettato per diffrangere un singolo raggio in cinque separati, fasci ben bilanciati e uniformi che vengono utilizzati per sottoraffreddare gli atomi. Questo singolo chip può sostituire i complessi dispositivi ottici che attualmente compongono il sistema di raffreddamento.

I dispositivi fotonici della metasuperficie hanno ispirato una serie di nuove attività di ricerca negli ultimi anni e questa è la prima volta che i ricercatori sono stati in grado di dimostrarne il potenziale nei dispositivi quantistici ad atomi freddi.

Dott. Yu-Hung Lien, autore principale dello studio, afferma:"La missione del Quantum Technology Hub del Regno Unito è fornire tecnologie che possano essere adottate e utilizzate dall'industria. La progettazione di dispositivi sufficientemente piccoli da essere portatili o che possano adattarsi a processi e pratiche industriali è fondamentale. Questo nuovo approccio rappresenta un un significativo passo avanti in questo approccio”.

Il team è riuscito a produrre un chip ottico che misura solo 0,5 mm di diametro, risultando in una piattaforma per i futuri dispositivi di rilevamento di circa 30 cm cubi. Il prossimo passo sarà quello di ottimizzare le dimensioni e le prestazioni della piattaforma per produrre la massima sensibilità per ogni applicazione.