Des atomes intriqués améliorent la technique de tomographie – Physics World

Des atomes intriqués améliorent la technique de tomographie – Physics World

Horodatage: 21 juin 2023 4h54

Le capteur atomique est constitué de spins dont le bruit n'est limité que par les fluctuations quantiques intrinsèques
Capteur atomique : le dispositif est constitué de spins dont le bruit n'est limité que par les fluctuations quantiques intrinsèques. (Avec l'aimable autorisation de E Polzik)

Les chercheurs du Université de Copenhague au Danemark ont ​​trouvé un moyen d'augmenter la sensibilité d'une technique de détection de routine connue sous le nom de tomographie par induction magnétique au-delà de la limite quantique standard. La méthode améliorée pourrait trouver une application dans la détection biologique et médicale.

Dans la tomographie par induction magnétique, un champ magnétique généré par une bobine conductrice de courant produit de minuscules courants de Foucault dans l'échantillon analysé. Ces courants, à leur tour, modifient le champ magnétique, qui est détecté à l'aide du spin collectif (ou magnétisation) d'un magnétomètre atomique. Les propriétés du champ détecté fournissent des informations sur la conductivité électrique et la perméabilité magnétique de l'échantillon.

La technique est utilisée dans les levés géophysiques, pour tester de manière non destructive des objets métalliques, ainsi qu'en imagerie médicale. Mais sa sensibilité est limitée par la soi-disant limite quantique, ou fluctuations quantiques (incertitude) du spin collectif du capteur.

"En effet, la mécanique quantique et le principe d'incertitude dictent que la direction du spin ne peut pas être déterminée avec une précision arbitraire", explique Eugène Polzik, qui a dirigé cette nouvelle étude. "En gros, dans un capteur qui contient N spins atomiques, la direction du spin collectif ne peut être déterminée avec une certitude angulaire meilleure que 1/√N, et c'est ce que nous appelons la limite quantique standard (SQL).

Réduire l'incertitude

Polzik et ses collègues ont montré que cette incertitude peut être réduite en utilisant un magnétomètre atomique contenant des atomes dont les spins sont intriqués pour générer un état dit de spin compressé. L'incertitude angulaire de l'une des projections de cet état est inférieure au SQL. Les chercheurs ont organisé le protocole de tomographie par induction magnétique de telle sorte que le signal utile soit contenu exactement dans la projection avec une incertitude réduite. Cette approche se traduit par une sensibilité SQL qui est presque le double de celle des magnétomètres atomiques conventionnels.

« Les techniques conventionnelles de tomographie par induction magnétique utilisent une bobine pour détecter le signal », explique Polzik. "Ces bobines ont un bruit thermique intrinsèque, ainsi qu'un bruit ambiant capté, ce qui limite la sensibilité. Nous avons utilisé un capteur atomique constitué de spins dont le bruit n'est limité que par les fluctuations quantiques intrinsèques. Cela nous a permis d'améliorer considérablement la sensibilité par rapport aux approches conventionnelles.

Les chercheurs disent qu'ils envisagent maintenant d'utiliser leur méthode dans la détection bio- et médicale, et espèrent en particulier la développer davantage pour l'imagerie des organes internes, y compris le cœur et même le cerveau.

"Nous prévoyons également de continuer à travailler sur cette tomographie par induction magnétique à amélioration quantique dans le but d'améliorer encore sa sensibilité et sa résolution spatiale", a déclaré Polzik. Monde de la physique.

La recherche est détaillée dans Physical Review Letters.

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