Dans une étude publiée dans Lettres de révision de physique et souligné par APS Physique , Les chercheurs de l'ICFO font la démonstration d'une nouvelle technique de détection cohérente des champs magnétiques radiofréquence à l'aide d'un magnétomètre atomique. Ils ont utilisé très sensible, des mesures non destructives pour intricer les atomes tout en conservant leur cohérence collective, et une nouvelle technique pour permettre l'accumulation cohérente de signal à partir de formes d'onde de forme arbitraire.

Dans cette étude, Les chercheurs de l'ICFO Ferran Martin Ciurana, Dr Giorgio Colangelo, Dr Rob Sewell, dirigé par le professeur Morgan Mitchell, piégé un ensemble de plus d'un million d'atomes de rubidium refroidis au laser à 16°K, proche du zéro absolu. Ils ont appliqué un champ magnétique statique aux atomes piégés pour faire précéder (tourner) les spins atomiques de manière synchrone (cohérente) à une fréquence précise de 42,2 kHz, qui se trouve dans la bande de basse fréquence utilisée pour la diffusion radio AM. Ils ont ensuite appliqué un faible champ de radiofréquence de résonance dans une direction orthogonale, qui perturbait la précession du spin atomique, c'était le signal qu'ils voulaient détecter.

Dans un magnétomètre RF standard, les spins atomiques peuvent évoluer librement pendant un certain temps sous l'influence de cette perturbation pour permettre l'accumulation cohérente du signal avant que le changement d'état atomique ne soit détecté. Typiquement, cette technique n'est sensible qu'à un champ RF appliqué à une fréquence de résonance fixe.

Dans cette étude, les auteurs ont utilisé deux techniques pour améliorer leur mesure. D'abord, ils ont utilisé des mesures de non-démolition quantiques stroboscopiques pour préparer un état de spin atomique intriqué au début de la séquence de détection. Cela leur a permis de réduire le bruit quantique provenant des atomes, et améliorer la sensibilité du magnétomètre au-delà de la limite quantique standard.

Seconde, ils ont utilisé une nouvelle technique développée dans le groupe pour permettre la détection cohérente d'un champ RF avec une fréquence changeante - comme c'est utilisé, par exemple, dans une émission de radio FM. Pendant le temps d'évolution libre, ils ont utilisé le champ magnétique statique appliqué pour décaler en continu la fréquence de résonance des atomes pour correspondre à la fréquence changeante du champ RF. Cela a permis aux atomes de construire de manière cohérente un signal à partir d'une seule forme d'onde RF arbitraire, tout en bloquant les signaux indésirables des formes d'onde orthogonales.

Ils ont ensuite détecté les atomes perturbés à l'aide d'une seconde mesure de non-démolition quantique stroboscopique afin de mesurer le signal dû au champ RF, et vérifier l'intrication générée entre les spins atomiques.

Les chercheurs ont démontré leur technique en détectant un champ RF à modulation linéaire avec une sensibilité au-delà de la limite quantique standard. Ils ont pu mesurer le faible signal du champ magnétique RF avec une réduction de 25 % du bruit expérimental en raison de l'intrication quantique des atomes, et une sensibilité comparable aux meilleurs magnétomètres RF utilisés à ce jour.

La technique peut avoir des applications, notamment la détection de champs biomagnétiques, caractérisation de la micro-électronique, et recherche des civilisations extraterrestres.