Resfriando as ondas de rádio ao seu estado quântico fundamental

Pesquisadores da Delft University of Technology descobriram uma nova maneira de resfriar as ondas de rádio até seu estado quântico fundamental. Para fazer isso, eles usaram circuitos que usam um análogo da chamada tecnologia de resfriamento a laser, frequentemente usada para resfriar amostras atômicas. O dispositivo usou uma técnica desenvolvida recentemente pelos pesquisadores chamada de acoplamento fóton-pressão, que deve ser útil na detecção de sinais de ressonância magnética (MRI) extremamente fracos ou para aplicações de detecção quântica que podem ajudar na busca por matéria escura. Os resultados foram publicados em progresso da ciência.

As ondas de rádio que normalmente encontramos em nosso dia a dia, como as que ouvimos em nosso carro ou aquelas que enviam sinais para monitores de bebês em nossa casa, são quentes: contêm ruídos causados ​​pelo movimento aleatório do átomos Nas coisas que eles emitem e até na antena que você usa para ouvi-los. Esta é uma das razões pelas quais você pode ouvir um bipe constante quando sintoniza o rádio em seu carro em uma frequência que não tem uma estação de rádio.

ondas de resfriamento

Uma forma de reduzir esse ruído é resfriar as ondas de rádio, por exemplo, resfriando a antena que as recebe a uma temperatura próxima do zero absoluto. Os átomos da antena não vibrarão tanto e o ruído será reduzido. Isso é realmente o que é feito em um computador quântico supercondutor, que é resfriado a 10 miliKelvin para evitar que esses átomos vibrando façam ruído nos sinais gigahertz com os quais estão trabalhando.

“Porém”, diz Ines Rodrigues, pesquisadora da TU Delft, “algumas aplicações, como RMN, matéria escura Discovery ou radioastronomia, estão interessados ​​em sinais ultra-fracos nas frequências MHz. “Para esses sinais, o resfriamento a 10 mK não é suficiente. Mesmo em temperaturas muito baixas, o movimento aleatório dos átomos no dispositivo ou antena é suficiente para adicionar ruído ao sinal de onda de rádio. Para se livrar do ruído residual, é necessário esfriar ondas de rádio Além disso. mas como?

Acoplamento de fótons

Neste trabalho, os pesquisadores de Delft descobriram uma nova maneira de neutralizar o ruído de átomos em vibração. Usando circuitos que usam um análogo da tecnologia de resfriamento a laser freqüentemente usada para resfriar nuvens de átomos, os autores resfriaram os sinais de ondas de rádio em seus dispositivos até um estado quântico fundamental. “O ruído dominante que permanece no circuito é apenas devido às flutuações quânticas, o ruído que vem dos estranhos saltos quânticos que ele previu Mecânica quânticadiz o líder do grupo Gary Steele da TU Delft. Steele Group é especializado em sensoriamento quântico usando circuitos quânticos supercondutores.

O dispositivo usou uma técnica desenvolvida recentemente que os autores chamam de acoplamento de pressão de fótons. Espera-se que este método tenha aplicações interessantes na detecção de sinais de ressonância magnética (MRI) muito fracos; Pode ser usado por muitos Informação quantitativa Endereçar aplicativos que envolvem um campo de computação quântica em rápido desenvolvimento. Além disso, ele poderia ser usado nas chamadas aplicações de sensoriamento quântico e poderia ajudar na busca pela matéria escura, um tipo de partícula estranho, mas não descoberto, que poderia explicar questões em aberto na gravidade e na cosmologia.