Eksperimentelle begrænsninger såsom optisk tab og støj har forhindret sammenfiltringsforstærkede målinger i at demonstrere en betydelig kvantefordel i følsomhed. I en undersøgelse har Optics and Photonics Research Group ved CU Boulder og deres partnere forudsiger og demonstrerer betydningsfulde fremskridt inden for fiberbaseret, kvanteforbedret fjernmåling og sondering af lysfølsomme materialer.
Gruppen modellerede det interne tab, ekstern fasestøj og ineffektivitet af en Mach-Zehnder interferometer. De brugte en praktisk fiberkilde, der skabte Holland-Burnett-indviklede tilstande fra det to-mode pressede vakuum. Dette viste de potentielle fordele ved en kvantebaseret strategi for at øge følsomheden og samtidig reducere internt tab og ulemper med fasestøj.
Holdet opdagede, at sammenlignet med sammenlignelige sammenfiltrede kilder udsender en to-mode klemt vakuumkilde omkring 25 gange så mange fotoner. De forventede, at fasefølsomheden kunne stige så meget som 28% over skudstøjgrænsen.
Greg Krueger, en kandidatstuderende i Optics and Photonics Research Group og første forfatter på papiret, sagde: "I det øjeblik, kvantefysik blev ikke noget at bare lære og arbejde igennem, men at udnytte og konstruere til vores fordel. Gennemlæsning af litteratur vedr sammenfiltring-forbedret sansning afslørede en væsentlig kløft mellem at se fysikken i laboratoriet og at bruge disse observationer i en praktisk sensor. Vi ville undersøge, hvad det ville tage at skabe sådan en sensor, og hvor svært det ville være."
Det nye arbejde var unikt ved, at det kombinerede effekterne af fasestøj og optiske tab i en enkelt model, selvom deres indvirkning på klassiske og kvanteversioner af sensoren tidligere var blevet analyseret.
Krueger sagde, "Vores resultater fremhæver nogle subtile punkter ved at lave en praktisk sensor ved hjælp af den generelle teknik med entangled photon interferometri. Vi henledte også opmærksomheden på den åbne og stort set uudforskede idé om at bruge disse sensingmetoder med optiske fibersensorer, hvilket i høj grad ville udvide anvendelsesområdet for teknikken."
Forskningsassistent Lior Cohen sagde: "Kvantemekanik' kontraintuitive resultater inspirerede mig. For at fortsætte dette arbejde har vi planer om at udvikle kvanteforstærkede, langdistance temperatursensorer i fibre."
CU Boulder College of Engineering and Applied Science er forpligtet til kvanteforskning gennem sit Quantum Engineering Initiative, som har til formål at opbygge og udvide forskningsindsatsen på området - især i kvantesansning, som er en enestående styrke ved højskolen - samtidig med at båndene til lokale og regionale partnere udvikles og styrkes. Quantum Engineering Initiative åbnede for nylig et nyt tværfagligt laboratorieområde dedikeret til denne indsats.
Journal Reference:
- Gregory Krueger, Charles Yu, Stephen B. Libby, Robert Mellors, Lior Cohen og Juliet T. Gopinath, "Realistisk model for entanglement-enhanced sensing i optiske fibre," Opt. Express 30, 8652-8666 (2022). DOI: 10.1364/OE.451058
