В исследовании, о котором рассказала публикация в журнале Physics Review Letters, сотрудники барселонского Института фотоники (ICFO) продемонстрировали детектирование радиочастотных магнитных полей с помощью атомного магнитометра.

Авторы охладили свыше миллиона захваченных в ловушку атомов рубидия до 16 кельвин и воздействовали на них статическим магнитным полем. Это вызвало синхронную прецессию атомных спинов с частотой 42,2 кГц (полоса, используемая для АМ-радиовещания). Затем они приложили в ортогональном направлении слабое резонансное радиочастотное поле, вносящее возмущения в прецессию атомных спинов — сигнал, который требовалось детектировать.

В стандартных радиочастотных магнитометрах aтомные спины некоторое время свободно эволюционируют под действием возмущения перед измерением изменения атомного состояния. Такая техника, как правило, чувствительна только к радиосигналу на фиксированной резонансной частоте.

Испанские инженеры смогли усовершенствовать эту методику, применив стробоскопические квантовые неразрушающие измерения для подготовки перепутанного атомного спинового состояния в начале последовательности детектирования. Это позволило снизить квантовый шум (на 25%) и превзойти стандартный квантовый предел чувствительности магнитометра.

Затем, статическим магнитным полем они непрерывно смещали резонансную частоту атомов, следуя за изменением частоты радиосигнала. Благодаря этому стало возможным когерентное накопление сигнала от одиночного радиоимпульса произвольной формы, с блокированием нежелательных сигналов ортогональных волновых форм.

Повторным стробоскопическим квантовым измерением они измеряли сигнал и проверяли перепутывание атомных спинов.

В лабораторных испытаниях на радиосигналах с линейной частотной модуляцией такая методика продемонстрировала чувствительность на уровне лучших современных радиочастотных магнитометров. Её потенциальные приложения это детектирование биомагнитных полей, характеризация микроэлектроники и радиоастрономия.