Los investigadores han descubierto una forma simple pero poderosa de proteger los átomos de perder información - Un desafío clave en el desarrollo de tecnologías cuánticas confiables.
Al brillar un solo haz láser cuidadosamente ajustado en un gas de átomos, lograron mantener sincronizados los giros internos de los átomos, reduciendo drásticamente la velocidad a la que se pierde información. En los sensores cuánticos y los sistemas de memoria, los átomos a menudo pierden su orientación magnética - o "girar" - cuando chocan entre sí o las paredes de su contenedor.
Este fenómeno, conocido como relajación de spin, limita severamente el rendimiento y la estabilidad de tales dispositivos. Los métodos tradicionales para contrarrestarlo han requerido operar en campos magnéticos extremadamente bajos y usar blindaje magnético voluminoso.
El nuevo método deja de lado esas limitaciones por completo. En lugar de proteger magnéticamente el sistema, utiliza la luz para cambiar sutilmente los niveles de energía atómica, alineando los giros de los átomos y manteniéndolos en sincronización, incluso cuando se mueven y chocan. Esto crea un estado de giro más resistente que está naturalmente protegido de la decoherencia.
En experimentos de laboratorio con vapor de cesio cálido, la técnica redujo la desintegración de giro en un factor de 10 y mejoró significativamente la sensibilidad magnética. Este avance demuestra que un solo haz de luz puede extender el tiempo de coherencia de los giros atómicos, abriendo la puerta a sensores cuánticos más compactos, precisos y robustos, magnetómetros y dispositivos de memoria.
Un equipo de físicos del Departamento de Física Aplicada de la Universidad Hebrea y el Centro de Nanociencia y Nanotecnología, en colaboración con la Escuela de Física Aplicada e Ingeniería de la Universidad de Cornell, ha presentado un nuevo método poderoso para proteger los espinales atómicos de los "ruido" ambientales "-} un paso importante hacia la mejora de la precisión y la durabilidad de las tecnologías como los sensores cuánticos y los sistemas de marzo y la navegación.
El estudio, "Protección óptica de álcali - átomos de metal de la relajación de spin", de Avraham Berrebi, Mark Dikopoltsev, Prof. Ori Katz (Universidad Hebrea) y Prof. o Katz (Universidad de Cornell), se ha publicado enCartas de revisión físicay pueden revolucionar potencialmente los campos que dependen de la detección magnética y la coherencia atómica.
Los átomos con electrones no apareados - como los del vapor de cesio - tienen una propiedad de "giro", interactúan fuertemente con los campos magnéticos y, por lo tanto, pueden usarse para ultra -} mediciones sensibles de campos magnéticos, gravedad e incluso la actividad cerebral. Pero estos giros son notoriamente frágiles.
Incluso la perturbación más pequeña de los átomos circundantes o las paredes de contenedores puede hacer que pierdan su orientación, un proceso conocido como relajación de giro. Hasta ahora, proteger estos giros de dicha interferencia ha requerido configuraciones complicadas o trabajado solo en condiciones muy específicas. El nuevo método cambia eso.
Luz láser como escudo
Los investigadores desarrollaron una técnica que utiliza un solo haz láser sintonizado con precisión para sincronizar la precesión de los giros atómicos en el campo magnético - incluso cuando los átomos chocan constantemente entre sí y su entorno.
Imagine un escenario en el que cientos de pequeñas tapas giratorias están confinadas dentro de una caja. Por lo general, las interacciones entre estos TOP pueden interrumpir sus configuraciones de espín, lo que hace que todo el sistema se quede fuera de sincronización. Este efecto se vuelve mucho más dominante en los campos magnéticos altos, ya que las superiores procesan y cambian su orientación mucho más rápidamente.
Sin embargo, un método específico utiliza la luz para mantener la sincronización dentro del sistema. Al abordar las diferencias en las diversas configuraciones de giro, la luz mantiene de manera efectiva todas las tops girando en armonía, evitando el desorden y permitiendo el comportamiento cooperativo entre las entidades giratorias, incluso en campos magnéticos altos. Este enfoque destaca la fascinante interacción entre la dinámica de la luz y el giro atómico.
Los investigadores lograron una mejora de nueve - plegable en cuánto tiempo mantuvieron los átomos de cesio su orientación de giro. Sorprendentemente, esta protección funciona incluso cuando los átomos están rebotando anti -} relajación - paredes celulares recubiertas y experimentando colisiones internas frecuentes.
Real - potencial mundial
Esta técnica podría mejorar significativamente los dispositivos que se basan en giros atómicos, incluidos:
Sensores cuánticos y magnetómetros utilizados en imágenes médicas, arqueología y exploración espacial
Sistemas de navegación de precisión que no dependen de GPS
Plataformas de información cuántica donde la estabilidad del giro es clave para el almacenamiento y el procesamiento de la información
Debido a que el método funciona en entornos "cálidos" y no requiere enfriamiento extremo o ajuste de campo complicado, podría ser más práctico para aplicaciones mundiales -} reales que los enfoques existentes.
"Este enfoque abre un nuevo capítulo para proteger los sistemas cuánticos del ruido", dijeron los investigadores. "Al aprovechar el movimiento natural de los átomos y usar la luz como estabilizador, ahora podemos preservar la coherencia en una gama más amplia de condiciones que nunca".
La investigación se basa en décadas de trabajo en física atómica, pero esta solución simple y elegante - usando la luz para coordinar los átomos - es un salto hacia adelante. Puede allanar el camino para tecnologías cuánticas más robustas, precisas y accesibles en el futuro cercano.
