Magnetometria atomowa oparta o niedopasowane szerokością pasma stany NOON oraz detekcję pojedynczych fotonów z rozdzielczością spektralną

Celem projektu jest zbadanie jak kwantowe stany światła oddziałują˛ z parami atomowymi w obecności pola magnetycznego, przy użyciu technologicznie nowych możliwości, jakie zapewniają˛ ultraszybkie kamery czułe na pojedyncze fotony. Dotychczasowe badania wykazały, że kwantowe stany światła – światło o własnościach nieopisywalnych przy pomocy klasycznej fizyki – o jednym kolorze (wąskopasmowe) może oddziaływać z atomami metali alkalicznych, zamkniętymi w małej szklanej komórce w postaci par atomowych, w sposób pozwalający nam na bardzo dokładny pomiar pola magnetycznego w komórce – przeprowadzenie magnetometrii. Kwantowe własności takiego bardzo słabego światła pozwalają nam estymować – rekonstruować z danych pomiarowych – pole magnetyczne z dokładnością˛ przekraczająca˛ jakiekolwiek użycie światła klasycznego (na przykład takiego, jakie można otrzymać z lasera czy żarówki). Jest to znane jako przekroczenie Standardowego Ograniczenia Kwantowego (Standard Quantum Limit, SQL). W ramach projektu zbadamy doświadczalnie i teoretycznie czy wykorzystanie wielokolorowego (szerokopasmowego) kwantowego światła i rozszczepienie jego barw, za pomocą˛ siatki dyfrakcyjnej (analogicznie do pryzmatu rozszczepiającego białe światło na barwy tęczy), tuż przed detekcją z użyciem kamery czułej na pojedyncze fotony, pozwala na lepszy pomiar pola magnetycznego lub konstrukcje bardziej niezawodnego i uniwersalnego układu. Rezultatem projektu będzie pogłębione zrozumienie oddziaływania szerokopasmowego kwantowego światła z parami atomowymi, w szczególności w kontekście pomiarów za pomocą˛ atomów (w tym magnetometrii). Możliwości technologiczne przeprowadzenia takiego badania pojawiły się bardzo niedawno i spodziewamy się, że projekt zarówno dostarczy fundamentalnie nowego spojrzenia na zjawiska z granicy optyki kwantowej, fizyki atomowej, teorii estymacji i zjawisk ultraszybkich, jak i dostarczy obiecujących perspektyw aplikacyjnych.