Экспериментальные ограничения, такие как оптические потери и шум, не позволили измерениям с усилением запутанности продемонстрировать значительное квантовое преимущество в чувствительности. В исследовании Исследовательской группы оптики и фотоники в CU Боулдер и их партнеры предсказывают и демонстрируют значимые достижения в дистанционном зондировании на основе волокон с квантовым усилением и зондировании светочувствительных материалов.
Группа смоделировала внутренние потери, внешний фазовый шум и неэффективность Интерферометр Маха-Цендера. Они использовали практический источник волокна, который создавал запутанные состояния Холланда-Бернетта из двухмодового сжатого вакуума. Это показало потенциальные преимущества квантовой стратегии для повышения чувствительности при значительном снижении внутренних потерь и недостатков фазового шума.
Команда обнаружила, что по сравнению с сопоставимыми запутанными источниками, двухрежимный сжатый вакуумный источник излучает примерно в 25 раз больше. фотонов. Они ожидали, что фазовая чувствительность может подняться на 28% выше предела дробового шума.
Грег Крюгер, аспирант Исследовательской группы оптики и фотоники и первый автор статьи, сказал: "В этот момент, квантовая физика стало не просто учиться и работать, а использовать и разрабатывать в наших интересах. Читая литературу по запутанность- расширенное зондирование выявило существенный разрыв между видением физики в лаборатории и использованием этих наблюдений в практическом датчике. Мы хотели изучить, что потребуется для создания такого датчика и насколько это будет сложно».
Новая работа уникальна тем, что объединила эффекты фазового шума и оптических потерь в единую модель, хотя их влияние на классическую и квантовую версии сенсора уже анализировалось ранее.
Крюгер сказал, «Наши результаты подчеркивают некоторые тонкие моменты в создании практического датчика с использованием общей техники интерферометрии запутанных фотонов. Мы также обратили внимание на открытую и в значительной степени неисследованную идею использования этих методов измерения с оптоволоконными датчиками, что значительно расширило бы область применения этой техники».
Доцент-исследователь Лиор Коэн сказал: Квантовая механика' противоречивые результаты вдохновили меня. Чтобы продолжить эту работу, у нас есть планы разработать в волокнах датчики температуры на большие расстояния с квантовым усилением».
Колледж инженерии и прикладных наук CU Boulder занимается квантовыми исследованиями в рамках своей Инициативы по квантовой инженерии, которая направлена на создание и расширение исследований в этой области, особенно в квантовое зондирование, что является уникальной силой колледжа — при развитии и укреплении связей с местными и региональными партнерами. Инициатива квантовой инженерии недавно открыла новое междисциплинарное лабораторное пространство, посвященное этой работе.
Справочник журнала:
- Грегори Крюгер, Чарльз Ю, Стивен Б. Либби, Роберт Меллорс, Лиор Коэн и Джульетта Т. Гопинат, «Реалистичная модель обнаружения с улучшенной запутанностью в оптических волокнах». Опт. Экспресс 30, 8652–8666 (2022). ДОИ: 10.1364/ОЕ.451058
