Eksperimentelle begrensninger som optisk tap og støy har forhindret sammenfiltringsforsterkede målinger i å demonstrere en betydelig kvantefordel i følsomhet. I en studie har forskningsgruppen for optikk og fotonikk ved CU Boulder og deres partnere forutsier og demonstrerer betydningsfulle fremskritt innen fiberbasert, kvanteforbedret fjernmåling og sondering av fotosensitive materialer.
Gruppen modellerte det interne tapet, ekstern fasestøy og ineffektiviteten til en Mach-Zehnder interferometer. De brukte en praktisk fiberkilde som skapte Holland-Burnett sammenfiltrede stater fra to-modus sammenklemt vakuum. Dette viste de potensielle fordelene med en kvantebasert strategi for å øke følsomheten samtidig som den reduserer internt tap og ulemper med fasestøy.
Teamet oppdaget at sammenlignet med sammenlignbare sammenfiltrede kilder, avgir en to-modus klemt vakuumkilde rundt 25 ganger så mange fotoner. De forutså at fasefølsomheten kunne stige så mye som 28 % over skuddstøygrensen.
Greg Krueger, en doktorgradsstudent i Optics and Photonics Research Group og førsteforfatter på papiret, sa: "I det øyeblikket, kvantefysikken ble ikke noe å bare lære og jobbe gjennom, men å utnytte og konstruere til vår fordel. Å lese gjennom litteraturen om forviklinger-forbedret sensing avslørte et betydelig gap mellom å se fysikken i laboratoriet og å bruke disse observasjonene i en praktisk sensor. Vi ønsket å utforske hva det ville ta for å lage en slik sensor og hvor vanskelig det ville være.»
Det nye verket var unikt ved at det kombinerte effektene av fasestøy og optiske tap til en enkelt modell, selv om deres innvirkning på klassiske og kvanteversjoner av sensoren tidligere hadde blitt analysert.
Krueger sa, "Våre funn fremhever noen subtile punkter ved å lage en praktisk sensor ved å bruke den generelle teknikken for sammenfiltret fotoninterferometri. Vi trakk også oppmerksomhet til den åpne og stort sett uutforskede ideen om å bruke disse sansemetodene med optiske fibersensorer, noe som i stor grad ville utvide bruksområdet for teknikken."
Forskningsassistent Lior Cohen sa: "Kvantemekanikk' Kontraintuitive resultater inspirerte meg. For å fortsette dette arbeidet har vi planer om å utvikle kvanteforbedrede, langdistanse temperatursensorer i fiber."
CU Boulder College of Engineering and Applied Science er forpliktet til kvanteforskning gjennom sitt Quantum Engineering Initiative, som har som mål å bygge og utvide forskningsinnsatsen på feltet - spesielt i kvantesansing, som er en unik styrke ved høgskolen — samtidig som den utvikler og styrker båndene med lokale og regionale partnere. Quantum Engineering Initiative åpnet nylig en ny tverrfaglig laboratorieplass dedikert til denne innsatsen.
Tidsreferanse:
- Gregory Krueger, Charles Yu, Stephen B. Libby, Robert Mellors, Lior Cohen og Juliet T. Gopinath, "Realistisk modell for entanglement-enhanced sensing in optical fibers," Opt. Uttrykke 30, 8652-8666 (2022). GJØR JEG: 10.1364/OE.451058
