Forskere ved University of Arizona har brugt kvantesammenfiltring til at forbedre
Optomekaniske sensorer måler vhalysbølgekræfter, der virker på en følsom mekanisk enhed, forklarer videnskabsmænd. De er baseret på to synkroniserede laserstråler, der hopper af en sensor. Enhver bevægelse ændrer den afstand, lyset tilbagelægger på vej til detektoren. Hvis transduceren er stationær, er de to bølger perfekt justeret. Men hvis sensoren bevæger sig, skaber de et interferensmønster.
I klassiske interferometriske systemer, endJo længere lyset bevæger sig, jo mere præcist bliver systemet. For at sikre høj præcision i optomekaniske miniaturesensorer brugte fysikere kvantesammenfiltring.
I stedet for at splitte lyset en gang tildet prellede af en sensor og et spejl, de delte hver stråle to gange, så lyset prellede af to sensorer og to spejle. De anvendte sensorer er membraner så tynde som 100 nm, som bevæger sig som reaktion på meget små kræfter.
Skema for den foreslåede installation. Billede: Yi Xia et al., Nature Photonics
Fordobling af sensorerne forbedrer nøjagtigheden pgamembranerne skal vibrere synkront med hinanden, men sammenfiltringen tilføjer et ekstra lag af koordination, konstaterer forskerne. De "klemte" laserstrålen. I kvantemekaniske objekter såsom fotoner er der en fundamental grænse for, hvor nøjagtigt en partikels position og momentum kan kendes. Da fotoner også er bølger, udtrykkes dette i form af bølgens fase (hvor den er i dens svingninger) og dens amplitude (hvor meget energi den bærer).
Sammentrækningen omfordeler usikkerheden således, atden komprimerede komponent kendes mere præcist, mens den anti-komprimerede komponent er forbundet med mere usikkerhed. Vi komprimerede fasen, fordi det var det, vi skulle vide til vores måling.
Yi Xia, studie medforfatter
Siden udsving i to sammenfiltrede strålerer relaterede, er fejlene i deres fasemålinger korrelerede. Som et resultat af eksperimentet opnåede videnskabsmænd målinger, der er 40 % mere nøjagtige end med to ikke-sammenfiltrede stråler, og gjorde det 60 % hurtigere. Beregninger viser, at nøjagtighed og hastighed vil stige i forhold til antallet af sensorer.
Udviklerne bemærker, at sådanne følsommesensorer kan bruges til inerti-navigation på en planet, der ikke har GPS-satellitter, eller inde i en bygning, når en person bevæger sig gennem forskellige etager. Derudover kan de bruges til at måle minimale gravitationsforstyrrelser forbundet med mørkt stof. Forskerne vil fortsætte med at arbejde på at miniaturisere enheden, så den kan passe ind i en enhed på størrelse med en smartphone.
Læs mere:
Ny solcelle slår verdens effektivitetsrekord
Det viste sig, hvad der sker med Leonardo da Vincis dokumenter: de begyndte at ændre sig
Lyt til lyden af solplasma, når den rammer Jorden
På omslaget: en kunstnerisk illustration af en ultrapræcis sensor baseret på en række membraner og sammenfiltrede laserstråler. Billede: University of Michigan