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Atom interferometry at the Heisenberg limit using an in-cavity Bose-Einstein condensate and quantum non demolition detection

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Relojes atómicos y posicionamiento global de alta precisión

Científicos financiados por la Unión Europea combinaron varias técnicas de vanguardia de detección y medición de partículas y obtuvieron resultados pioneros y de gran repercusión en aplicaciones de medición del tiempo y posicionamiento global de alta precisión.

Economía digital

Los interferómetros son instrumentos que se basan en las interferencias entre ondas electromagnéticas. Los datos de interferencia proporcionan magnitudes útiles como una medición muy exacta de pequeños desplazamientos, así como mediciones inerciales relacionadas con la gravedad y la rotación. Cuando se trata de átomos, los sensores inerciales basados en átomos neutrales ultrafríos y técnicas de interferometría atómica superan a la interferometría luminosa convencional. Los átomos fríos son osciladores estables que vibran de formas muy concretas. La estabilidad de su oscilación permite emplearlos para labores de medición de exactitud extrema, como la necesaria en los relojes atómicos de alta precisión. La sensibilidad de estas mediciones se ve limitada por el ruido cuántico de agitación térmica de las fuentes atómicas. La luz está cuantizada, es decir, forma paquetes de luz denominados fotones. La cuantización genera incertidumbres impredecibles en las propiedades de la luz (amplitud y fase) y el denominado ruido cuántico. Una técnica denominada «apiñamiento» (squeezing) cuántico puede emplearse para reducir la incertidumbre de la fase a costa de la incertidumbre en la amplitud, logrando de este modo una reducción del ruido cuántico sin precedentes. Investigadores europeos combinaron la interferometría atómica y el «apiñamiento» de átomos enfriados para conseguir una sensibilidad por debajo del ruido de agitación térmica, gracias a la financiación aportada por la Unión Europea al proyecto QNDINTERF. A continuación combinaron estas técnicas de vanguardia con mediciones de no demolición cuánticas (QND). La mayoría de las técnicas de detección y medición de partículas destruyen el objeto de estudio en el proceso, pero no así la QND. En teoría, se podría llevar a cabo el mismo experimento con exactamente los mismo átomos o partículas una y otra vez. Combinando interferometría de átomos ultrafríos con el «apiñamiento» y la medición QND, los científicos obtuvieron lecturas continuas de interferometría con un nivel de ruido subcuántico. Estos resultados pioneros tienen aplicaciones en campos que incluyen la medición del tiempo y el posicionamiento global, además de las implicaciones obvias para la física de partículas.

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