Limitações experimentais, como perda óptica e ruído, impediram que medições aprimoradas por emaranhamento demonstrassem uma vantagem quântica significativa na sensibilidade. Em um estudo, o Grupo de Pesquisa em Óptica e Fotônica da Pedregulho CU e seus parceiros prevêem e demonstram avanços significativos em sensoriamento remoto e sondagem de materiais fotossensíveis baseados em fibra e com aprimoramento quântico.
O grupo modelou a perda interna, o ruído de fase externo e a ineficiência de um Interferômetro Mach-Zehnder. Eles usaram uma fonte de fibra prática que criou estados emaranhados de Holland-Burnett a partir do vácuo comprimido de dois modos. Isso mostrou os benefícios potenciais de uma estratégia baseada em quantum para aumentar a sensibilidade e, ao mesmo tempo, reduzir bastante a perda interna e as desvantagens do ruído de fase.
A equipe descobriu que, em comparação com fontes emaranhadas comparáveis, uma fonte de vácuo comprimido de dois modos emite cerca de 25 vezes mais fótons. Eles previram que a sensibilidade de fase poderia aumentar até 28% acima do limite de ruído de disparo.
Greg Krueger, estudante de pós-graduação do Grupo de Pesquisa em Óptica e Fotônica e primeiro autor do artigo, disse: "Naquele momento, física quântica tornou-se não algo apenas para aprender e trabalhar, mas para aproveitar e projetar em nosso benefício. Lendo a literatura sobre emaranhamentoA detecção aprimorada revelou uma lacuna substancial entre ver a física no laboratório e usar essas observações em um sensor prático. Queríamos explorar o que seria necessário para criar tal sensor e quão difícil isso seria.”
O novo trabalho foi o único que combinou os efeitos do ruído de fase e das perdas ópticas em um único modelo, embora seus impactos nas versões clássica e quântica do sensor já tivessem sido analisados.
Krueger disse: “Nossas descobertas destacam alguns pontos sutis na fabricação de um sensor prático usando a técnica geral de interferometria de fótons emaranhados. Também chamamos a atenção para a ideia aberta e amplamente inexplorada de usar esses métodos de detecção com sensores de fibra óptica, o que expandiria enormemente a gama de aplicações da técnica.”
O professor assistente de pesquisa Lior Cohen disse: "Mecânica quântica‘resultados contra-intuitivos me inspiraram. Para continuar este trabalho, temos planos de desenvolver sensores de temperatura de longa distância com aprimoramento quântico em fibras.”
A Faculdade de Engenharia e Ciências Aplicadas da CU Boulder está comprometida com a pesquisa quântica por meio de sua Iniciativa de Engenharia Quântica, que visa construir e expandir os esforços de pesquisa na área - especialmente em sensoriamento quântico, que constitui um ponto forte único do colégio — ao mesmo tempo que desenvolve e fortalece laços com parceiros locais e regionais. A Quantum Engineering Initiative abriu recentemente um novo espaço de laboratório interdisciplinar dedicado a este esforço.
Jornal de referência:
- Gregory Krueger, Charles Yu, Stephen B. Libby, Robert Mellors, Lior Cohen e Juliet T. Gopinath, “Modelo realista de detecção aprimorada por emaranhamento em fibras ópticas,” Optar. Expressar 30, 8652-8666 (2022). DOI: 10.1364/OE.451058
