Experimentele beperkingen zoals optisch verlies en ruis hebben verhinderd dat door verstrengeling versterkte metingen een aanzienlijk kwantumvoordeel in gevoeligheid aantoonden. In een onderzoek van de Optica en Fotonica Onderzoeksgroep van CU Kei en hun partners voorspellen en demonstreren betekenisvolle vooruitgang in op vezels gebaseerde, kwantumondersteunde teledetectie en sonderen van lichtgevoelige materialen.
De groep modelleerde het interne verlies, de externe faseruis en de inefficiëntie van a Mach-Zehnder-interferometer. Ze gebruikten een praktische vezelbron die Holland-Burnett-verstrengelde toestanden creëerde uit het tweevoudige geperste vacuüm. Dit toonde de potentiële voordelen aan van een kwantumgebaseerde strategie voor het vergroten van de gevoeligheid, terwijl de interne verliezen en faseruis-nadelen aanzienlijk worden verminderd.
Het team ontdekte dat een geperste vacuümbron met twee standen, vergeleken met vergelijkbare verstrengelde bronnen, ongeveer 25 keer zoveel energie uitstraalt. fotonen. Ze verwachtten dat de fasegevoeligheid tot wel 28% boven de grens van het schotgeluid zou kunnen stijgen.
Greg Krueger, een afgestudeerde student in de Optics and Photonics Research Group en eerste auteur van het artikel, zei: "Op dat moment, kwantumfysica werd niet iets om alleen maar van te leren en door te werken, maar om in ons voordeel te gebruiken en te ontwikkelen. Het doorlezen van de literatuur op verstrikkingVerbeterde detectie bracht een aanzienlijke kloof aan het licht tussen het zien van de natuurkunde in het laboratorium en het gebruik van die waarnemingen in een praktische sensor. We wilden onderzoeken wat er nodig zou zijn om zo’n sensor te maken en hoe moeilijk dat zou zijn.”
Het nieuwe werk was uniek omdat het de effecten van faseruis en optische verliezen combineerde in één enkel model, ook al was hun impact op klassieke en kwantumversies van de sensor eerder geanalyseerd.
Krueger zei: “Onze bevindingen benadrukken enkele subtiele punten bij het maken van een praktische sensor met behulp van de algemene techniek van verstrengelde foton-interferometrie. We vestigden ook de aandacht op het open en grotendeels onontdekte idee om deze detectiemethoden te gebruiken met optische vezelsensoren, wat het toepassingsgebied van de techniek enorm zou vergroten.”
Assistent-onderzoeksprofessor Lior Cohen zei: "Kwantummechanica‘Contra-intuïtieve resultaten inspireerden mij. Om dit werk voort te zetten, hebben we plannen om kwantum-verbeterde temperatuursensoren voor lange afstanden in vezels te ontwikkelen.”
Het CU Boulder College of Engineering and Applied Science zet zich in voor kwantumonderzoek via zijn Quantum Engineering Initiative, dat tot doel heeft onderzoeksinspanningen in het veld op te bouwen en uit te breiden – vooral in kwantumdetectie, wat een unieke kracht van het college is, terwijl het de banden met lokale en regionale partners ontwikkelt en versterkt. Het Quantum Engineering Initiative heeft onlangs een nieuwe interdisciplinaire laboratoriumruimte geopend die speciaal voor deze inspanning is bedoeld.
Journal Reference:
- Gregory Krueger, Charles Yu, Stephen B. Libby, Robert Mellors, Lior Cohen en Juliet T. Gopinath, "Realistisch model van door verstrengeling versterkte detectie in optische vezels", Opt. uitdrukken 30, 8652-8666 (2022). DOI: 10.1364/OE.451058
