Experimentella begränsningar som optisk förlust och brus har förhindrat intrasslingsförstärkta mätningar från att visa en betydande kvantfördel i känslighet. I en studie har forskargruppen för optik och fotonik vid CU Boulder och deras partners förutsäger och visar betydelsefulla framsteg inom fiberbaserad, kvantförstärkt fjärranalys och sondering av ljuskänsliga material.
Gruppen modellerade den interna förlusten, externt fasbrus och ineffektiviteten hos en Mach-Zehnder interferometer. De använde en praktisk fiberkälla som skapade Holland-Burnett intrasslade tillstånd från det tvålägespressade vakuumet. Detta visade de potentiella fördelarna med en kvantbaserad strategi för att öka känsligheten samtidigt som den kraftigt minskade interna förluster och nackdelar med fasbrus.
Teamet upptäckte att jämfört med jämförbara intrasslade källor släpper en tvåläges pressad vakuumkälla ut cirka 25 gånger så många fotoner. De förutsåg att faskänsligheten kunde stiga så mycket som 28 % över gränsen för skottbrus.
Greg Krueger, en doktorand i Optics and Photonics Research Group och första författare på tidningen, sa: "I det ögonblicket, kvantfysik blev inte något att bara lära sig och arbeta igenom, utan att utnyttja och konstruera till vår fördel. Att läsa igenom litteraturen om intrassling- förbättrad avkänning avslöjade ett stort gap mellan att se fysiken i labbet och att använda dessa observationer i en praktisk sensor. Vi ville utforska vad som skulle krävas för att skapa en sådan sensor och hur svårt det skulle vara.”
Det nya arbetet var unikt genom att det kombinerade effekterna av fasbrus och optiska förluster i en enda modell, även om deras effekter på klassiska och kvantversioner av sensorn tidigare hade analyserats.
Krueger sa, "Våra resultat lyfter fram några subtila punkter när det gäller att göra en praktisk sensor med den allmänna tekniken för intrasslad fotoninterferometri. Vi uppmärksammade också den öppna och i stort sett outforskade idén att använda dessa avkänningsmetoder med optiska fibersensorer, vilket avsevärt skulle utöka användningsområdet för tekniken."
Biträdande forskningsprofessor Lior Cohen sa: "Kvantmekanik' kontraintuitiva resultat inspirerade mig. För att fortsätta detta arbete har vi planer på att utveckla kvantförstärkta, långdistanstemperatursensorer i fibrer.”
CU Boulder College of Engineering and Applied Science är engagerade i kvantforskning genom sitt Quantum Engineering Initiative, som syftar till att bygga och utöka forskningsinsatser inom området - särskilt i kvantavkänning, vilket är en unik styrka för högskolan — samtidigt som man utvecklar och stärker banden med lokala och regionala partners. Quantum Engineering Initiative öppnade nyligen ett nytt tvärvetenskapligt labbutrymme dedikerat till detta arbete.
Tidskriftsreferens:
- Gregory Krueger, Charles Yu, Stephen B. Libby, Robert Mellors, Lior Cohen och Juliet T. Gopinath, "Realistisk modell för entanglement-enhanced sensing i optiska fibrer," Välja. uttrycka 30, 8652-8666 (2022). DOI: 10.1364/OE.451058
