Πειραματικοί περιορισμοί, όπως η οπτική απώλεια και ο θόρυβος, εμπόδισαν τις μετρήσεις βελτιωμένης εμπλοκής από το να αποδείξουν ένα σημαντικό κβαντικό πλεονέκτημα στην ευαισθησία. Σε μια μελέτη, η Ομάδα Έρευνας Οπτικής και Φωτονικής στο CU Boulder και οι συνεργάτες τους προβλέπουν και επιδεικνύουν σημαντικές προόδους στην τηλεπισκόπηση και την ανίχνευση φωτοευαίσθητων υλικών με βάση τις ίνες, βελτιωμένη σε κβαντική τεχνολογία.
Η ομάδα μοντελοποίησε την εσωτερική απώλεια, τον εξωτερικό θόρυβο φάσης και την αναποτελεσματικότητα του α Συμβολόμετρο Mach-Zehnder. Χρησιμοποίησαν μια πρακτική πηγή ινών που δημιούργησε εμπλεκόμενες καταστάσεις Holland-Burnett από το συμπιεσμένο κενό δύο τρόπων. Αυτό έδειξε τα πιθανά οφέλη μιας κβαντικής στρατηγικής για την αύξηση της ευαισθησίας, ενώ παράλληλα μειώνει σημαντικά τις εσωτερικές απώλειες και τα μειονεκτήματα του θορύβου φάσης.
Η ομάδα ανακάλυψε ότι σε σύγκριση με συγκρίσιμες μπερδεμένες πηγές, μια πηγή κενού δύο τρόπων εκπέμπει περίπου 25 φορές περισσότερες φωτόνια. Περίμεναν ότι η ευαισθησία φάσης θα μπορούσε να αυξηθεί έως και 28% πάνω από το όριο θορύβου βολής.
Ο Γκρεγκ Κρούγκερ, μεταπτυχιακός φοιτητής στην Ερευνητική Ομάδα Οπτικής και Φωτονικής και πρώτος συγγραφέας της εργασίας, είπε: "Εκείνη τη στιγμή, κβαντική φυσική δεν έγινε κάτι που απλά πρέπει να μάθουμε και να εργαστούμε, αλλά να αξιοποιήσουμε και να δημιουργήσουμε προς όφελός μας. Διαβάζοντας τη βιβλιογραφία για μπλέξιμο-Η βελτιωμένη ανίχνευση αποκάλυψε ένα σημαντικό χάσμα μεταξύ της παρακολούθησης της φυσικής στο εργαστήριο και της χρήσης αυτών των παρατηρήσεων σε έναν πρακτικό αισθητήρα. Θέλαμε να εξερευνήσουμε τι θα χρειαζόταν για τη δημιουργία ενός τέτοιου αισθητήρα και πόσο δύσκολο θα ήταν αυτό».
Η νέα εργασία ήταν μοναδική στο ότι συνδύαζε τα αποτελέσματα του θορύβου φάσης και των οπτικών απωλειών σε ένα ενιαίο μοντέλο, παρόλο που οι επιπτώσεις τους στις κλασικές και κβαντικές εκδόσεις του αισθητήρα είχαν προηγουμένως αναλυθεί.
Ο Κρούγκερ είπε, «Τα ευρήματά μας υπογραμμίζουν ορισμένα λεπτά σημεία σχετικά με την κατασκευή ενός πρακτικού αισθητήρα χρησιμοποιώντας τη γενική τεχνική της συμβολομετρίας εμπλεκόμενων φωτονίων. Εφιστήσαμε επίσης την προσοχή στην ανοιχτή και σε μεγάλο βαθμό ανεξερεύνητη ιδέα της χρήσης αυτών των μεθόδων ανίχνευσης με αισθητήρες οπτικών ινών, οι οποίες θα διεύρυναν σημαντικά το φάσμα των εφαρμογών της τεχνικής.»
Ο Επίκουρος Καθηγητής Έρευνας Lior Cohen είπε, "Κβαντική μηχανικήΤα αντίθετα αποτελέσματα με ενέπνευσαν. Για να συνεχίσουμε αυτό το έργο, έχουμε σχέδια να αναπτύξουμε κβαντικά ενισχυμένους αισθητήρες θερμοκρασίας μεγάλων αποστάσεων σε ίνες».
Το CU Boulder College of Engineering and Applied Science έχει δεσμευτεί για την κβαντική έρευνα μέσω της πρωτοβουλίας Quantum Engineering, η οποία στοχεύει να οικοδομήσει και να επεκτείνει τις ερευνητικές προσπάθειες στο πεδίο — ειδικά σε κβαντική αίσθηση, που αποτελεί μοναδική δύναμη του κολεγίου — ενώ παράλληλα αναπτύσσει και ενισχύει δεσμούς με τοπικούς και περιφερειακούς εταίρους. Η Πρωτοβουλία Quantum Engineering άνοιξε πρόσφατα έναν νέο διεπιστημονικό εργαστηριακό χώρο αφιερωμένο σε αυτή την προσπάθεια.
Αναφορά στο περιοδικό:
- Gregory Krueger, Charles Yu, Stephen B. Libby, Robert Mellors, Lior Cohen και Juliet T. Gopinath, "Realistic model of enanglement-enhanced sensing in optical fibers," Επιλέγω. Εξπρές 30, 8652-8666 (2022). DOI: 10.1364/ΟΕ.451058
