Les chercheurs ont conçu une source d'atomes froids qui utilise quatre miroirs disposés comme une pyramide et placés de manière à leur permettre de glisser les uns sur les autres comme les pétales d'une fleur. Cela crée un trou réglable au sommet de la pyramide à travers lequel les atomes froids sont expulsés. Cette image représente l'appareil. Crédit :Christophe Foot, L'université d'Oxford
Bien que la technologie quantique se soit avérée précieuse pour un chronométrage très précis, rendre ces technologies pratiques pour une utilisation dans une variété d'environnements reste un défi majeur. Dans une étape importante vers les appareils quantiques portables, les chercheurs ont développé une nouvelle source d'atomes froids compacte et à haut flux avec une faible consommation d'énergie qui peut être un élément clé de nombreuses technologies quantiques.
"L'utilisation de technologies quantiques basées sur des atomes refroidis par laser a déjà conduit au développement d'horloges atomiques utilisées pour le chronométrage au niveau national, " a déclaré Christopher Foot, chef de l'équipe de recherche de l'Université d'Oxford au Royaume-Uni. " Les horloges précises ont de nombreuses applications dans la synchronisation des communications électroniques et des systèmes de navigation tels que le GPS. Des horloges atomiques compactes pouvant être déployées plus largement, y compris dans l'espace, fournissent une résilience dans les réseaux de communication, car les horloges locales peuvent maintenir un chronométrage précis même en cas de perturbation du réseau."
Dans la revue The Optical Society (OSA) Optique Express , S. Ravenhall, B. Yuen et Foot décrivent les travaux menés à Oxford, Royaume-Uni pour faire la démonstration d'une toute nouvelle conception pour une source d'atomes froids. Le nouvel appareil convient à une large gamme de technologies à atomes froids.
"Dans ce projet, nous avons pris une conception que nous avons faite à des fins de recherche et l'avons développée en un appareil compact, " a déclaré Foot. " En plus des applications de chronométrage, des dispositifs compacts à atomes froids peuvent également être utilisés pour les instruments de cartographie gravimétrique, navigation inertielle et communications et pour étudier les phénomènes physiques dans des applications de recherche telles que la matière noire et les ondes gravitationnelles."
Refroidir les atomes avec la lumière
Bien que cela puisse sembler contre-intuitif, la lumière laser peut être utilisée pour refroidir les atomes à des températures extrêmement basses en exerçant une force qui ralentit les atomes. Ce processus peut être utilisé pour créer une source d'atomes froids qui génère un faisceau d'atomes refroidis par laser dirigé vers une région où des mesures de précision pour le chronométrage ou la détection d'ondes gravitationnelles, par exemple, sont effectués.
Les chercheurs ont conçu une source d'atomes froids qui utilise quatre miroirs disposés comme une pyramide et placés de manière à leur permettre de glisser les uns sur les autres comme les pétales d'une fleur. Cela crée un trou réglable au sommet de la pyramide à travers lequel les atomes froids sont expulsés. Les images montrent un rendu. Crédit :Christophe Foot, L'université d'Oxford
Le refroidissement par laser nécessite généralement un agencement compliqué de miroirs pour éclairer les atomes dans le vide dans toutes les directions. Dans le nouveau travail, les chercheurs ont créé une conception complètement différente qui utilise seulement quatre miroirs. Ces miroirs sont disposés comme une pyramide et placés de manière à leur permettre de glisser les uns sur les autres comme les pétales d'une fleur pour créer un trou au sommet de la pyramide à travers lequel les atomes froids sont expulsés. La taille de ce trou peut être ajustée pour optimiser le flux d'atomes froids pour diverses applications. L'agencement en pyramide reflète la lumière d'un seul faisceau laser entrant qui pénètre dans la chambre à vide à travers une seule fenêtre, simplifiant ainsi grandement l'optique.
Les miroirs, qui sont situés à l'intérieur de la zone de vide de la source d'atomes froids, ont été créés en polissant le métal et en appliquant un revêtement diélectrique. "L'ajustabilité de cette conception est une fonctionnalité entièrement nouvelle, " a déclaré Foot. " Créer une pyramide à partir de quatre blocs de métal polis identiques simplifie l'assemblage, et il peut être utilisé sans le mécanisme de réglage."
De meilleures mesures avec plus d'atomes
Pour tester leur nouvelle conception de source à atomes froids, les chercheurs ont construit des équipements de laboratoire pour caractériser pleinement le flux d'atomes émis à travers un trou au sommet de la pyramide.
"Nous avons démontré un flux exceptionnellement élevé d'atomes de rubidium, " a déclaré Foot. "La plupart des appareils à atomes froids prennent des mesures qui s'améliorent avec le nombre d'atomes utilisés. Des sources avec un flux plus élevé peuvent ainsi être utilisées pour améliorer la précision de la mesure, augmenter le rapport signal/bruit ou aider à obtenir des bandes passantes de mesure plus larges."
Les chercheurs disent que la nouvelle source est adaptée à une application commerciale. Parce qu'il comporte un petit nombre de composants et peu d'étapes d'assemblage, augmenter la production pour produire plusieurs copies serait simple.
