Un moyen de réduire les dispositifs utilisés dans les systèmes de détection quantique a été développé par des chercheurs du UK Quantum Technology Hub Sensors and Timing, qui est dirigé par l'Université de Birmingham.

Les dispositifs de détection ont un grand nombre d'utilisations industrielles, de la réalisation d'enquêtes au sol à la surveillance des volcans. Les scientifiques travaillant sur les moyens d'améliorer les capacités de ces capteurs utilisent désormais des technologies quantiques, à base d'atomes froids, pour améliorer leur sensibilité.

Des machines développées en laboratoire utilisant la technologie quantique, cependant, sont encombrants et difficiles à transporter, rendant les conceptions actuelles inadaptées à la plupart des utilisations industrielles.

L'équipe de chercheurs a utilisé une nouvelle approche qui permettra aux capteurs quantiques de se réduire à une fraction de leur taille actuelle. La recherche a été menée par une équipe internationale dirigée par l'Université de Birmingham et SUSTech en Chine en collaboration avec l'Université de Paderborn en Allemagne. Leurs résultats sont publiés dans Avancées scientifiques .

La technologie quantique actuellement utilisée dans les dispositifs de détection fonctionne en contrôlant finement les faisceaux laser pour concevoir et manipuler des atomes à des températures très froides. Pour gérer cela, les atomes doivent être contenus dans une chambre scellée sous vide où ils peuvent être refroidis aux températures souhaitées.

L'un des principaux défis de la miniaturisation des instruments est de réduire l'espace requis par les faisceaux laser, qui doivent généralement être disposés en trois paires, mis aux angles. Les lasers refroidissent les atomes en tirant des photons contre l'atome en mouvement, abaissant son élan et donc le refroidissant.

Les nouvelles découvertes montrent comment une nouvelle technique peut être utilisée pour réduire l'espace nécessaire pour le système de distribution laser. La méthode utilise des dispositifs appelés métasurfaces optiques, des structures fabriquées qui peuvent être utilisées pour contrôler la lumière.

Une puce optique de métasurface peut être conçue pour diffracter un faisceau unique en cinq faisceaux distincts, des faisceaux bien équilibrés et uniformes qui sont utilisés pour sur-refroidir les atomes. Cette puce unique peut remplacer les dispositifs optiques complexes qui composent actuellement le système de refroidissement.

Les dispositifs photoniques de métasurface ont inspiré une série d'activités de recherche novatrices au cours des dernières années et c'est la première fois que les chercheurs sont en mesure de démontrer leur potentiel dans les dispositifs quantiques à atomes froids.

Dr Yu-Hung Lien, auteur principal de l'étude, déclare :« La mission du UK Quantum Technology Hub est de fournir des technologies qui peuvent être adoptées et utilisées par l'industrie. une avancée significative dans cette démarche."

L'équipe a réussi à produire une puce optique qui ne mesure que 0,5 mm de diamètre, résultant en une plate-forme pour les futurs dispositifs de détection mesurant environ 30 cm au cube. La prochaine étape sera d'optimiser la taille et les performances de la plate-forme pour produire la sensibilité maximale pour chaque application.