Sensores Quânticos: Interferometria Atômica. Parte 1: O básico

por Amara Graps

Introdução à interferometria atômica

Interferometria. Em nosso estado de tecnologia quântica de alta qualidade e precisão, é maravilhoso conhecer uma ferramenta baseada em materiais antigos de nossa era de física criativa. Nenhum estudante de física pode esquecer os experimentos que desacreditaram a teoria da deriva do éter. O “M” de Michelson tornou-se parte das abreviaturas de muitos instrumentos científicos que voaram no espaço e foram implantados no solo.

A GQI possui uma variedade de ferramentas para analisar a indústria de sensores de tecnologia quântica, bem desenvolvidas em toda a pilha de sensores quânticos. Veja o Diagrama da Pilha Auditiva na Figura abaixo. No Relatório de Perspectiva de Sensoriamento Quântico da GQI, o relatório orienta você nos princípios de funcionamento da Interferometria Atômica.

Os princípios baseiam-se no caráter ondulatório da luz e nos padrões de interferência produzidos pela divisão e recombinação de um feixe colimado. Os interferômetros são muito sensíveis à diferença no comprimento do caminho da luz entre os feixes divergentes e recombinados.

Do ponto de vista quântico, a matéria também tem uma qualidade ondulatória. A força atômica determina o comprimento de onda de Broglie. Na interferometria atômica, a cuidadosa separação e recombinação do caminho de uma nuvem atômica na gravidade proporciona sensibilidade excepcional à gravidade. Após a recombinação da nuvem atômica, devido a um único caminho com menos energia e maior comprimento de onda de Broglie, os interferômetros atômicos podem ser utilizados como gravímetro ou acelerômetro.

O Relatório de Perspectiva de Sensoriamento Quântico da GQI destaca vários recursos interessantes sobre o interferômetro de átomo frio:

• Sem exigir calibração externa adicional, ele pode fornecer temporização perfeita quando controlado por lasers estáveis ​​travados na temporização correta.
• O mesmo sistema básico pode ser usado para realizar outras tarefas de detecção (tempo, rotação, campos magnéticos, aceleração/gravidade, etc.) manipulando os pulsos de controle do laser com software.
• Uma pequena célula de vácuo pode resistir a perturbações ambientais e não possui partes móveis.

Abend et al., 2023 Roteiro tecnológico para um sensor inercial de átomo frio baseado em quântica no espaço fornece educação adicional sobre interferômetros de átomo frio. A Tabela I lista as missões espaciais propostas baseadas em átomos frios atualmente em estudo ou em operação. Veja o espaço da missão CARIOQA, com recuperação de campo gravitacional, com objetivo de desempenho de sensibilidade gradiente de 10 vezes.^-14 é^-2 hertz^-1/2.

CARIOQA

A missão CARIOQA (Cold Atom Rubidium Interferometer in Orbit for Quantum Accelerometry) é um projeto financiado pela União Europeia, que visa melhorar a medição da gravidade da Terra a partir do espaço, ao mesmo tempo que avança a ciência das alterações climáticas. A Fase A do CARIOQA começou em janeiro de 2024. A água é uma das massas e sua distribuição muda em resposta às mudanças no papel da gravidade na Terra. Estas mudanças na gravidade deverão ser detectáveis, o que permitirá aos cientistas monitorizar as mudanças no gelo, nas águas subterrâneas e noutras áreas. Na nossa crise de alterações climáticas, a previsão de catástrofes naturais, como secas e inundações, e a gestão do abastecimento de água dependem desta informação.

Esboço da pilha de detecção quântica GQI

Quanto ao Quantum Computing Stack da GQI, o GQI também possui uma estrutura Sensing Stack.

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Iremos nos aprofundar no subcampo do sensor da tecnologia quântica, interferometria atômica, na próxima vez. A apresentação State of Play dos sensores quânticos da GQI é composta por 33 slides, introdução e passo a passo, para se manter atualizado sobre as tendências atuais.

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