Forscher der University of Arizona haben zur Verbesserung die Quantenverschränkung genutzt
Optomechanische Sensoren messen mitLichtwellen wirken auf ein empfindliches mechanisches Gerät, erklären Wissenschaftler. Sie basieren auf zwei synchronisierten Laserstrahlen, die von einem Sensor reflektiert werden. Jede Bewegung verändert die Distanz, die das Licht auf seinem Weg zum Detektor zurücklegt. Wenn der Wandler stationär ist, sind die beiden Wellen perfekt ausgerichtet. Bewegt sich der Sensor jedoch, erzeugen sie ein Interferenzmuster.
In klassischen interferometrischen Systemen alsJe weiter das Licht wandert, desto genauer wird das System. Um eine hohe Präzision in optomechanischen Miniatursensoren sicherzustellen, verwendeten Physiker die Quantenverschränkung.
Anstatt das Licht einmal aufzuteilenes wurde von einem Sensor und einem Spiegel reflektiert, sie teilten jeden Strahl zweimal, sodass das Licht von zwei Sensoren und zwei Spiegeln reflektiert wurde. Die verwendeten Sensoren sind bis zu 100 nm dünne Membranen, die sich bei sehr geringen Kräften bewegen.
Schema der vorgeschlagenen Installation. Bild: Yi Xia et al., Nature Photonics
Das Verdoppeln der Sensoren verbessert die Genauigkeit, weilDie Membranen müssen synchron miteinander schwingen, aber die Verschränkung fügt eine zusätzliche Ebene der Koordination hinzu, stellen die Wissenschaftler fest. Sie "quetschten" den Laserstrahl. Bei quantenmechanischen Objekten wie Photonen gibt es eine grundlegende Grenze dafür, wie genau die Position und der Impuls eines Teilchens bekannt sein können. Da Photonen auch Wellen sind, wird dies in Form der Phase der Welle (wo sie sich in ihrer Schwingung befindet) und ihrer Amplitude (wie viel Energie sie trägt) ausgedrückt.
Die Kontraktion verteilt die Unsicherheit so, dassdie komprimierte Komponente ist genauer bekannt, während die antikomprimierte Komponente mehr Unsicherheit trägt. Wir haben die Phase komprimiert, weil wir das für unsere Messung wissen mussten.
Yi Xia, Co-Autorin der Studie
Da Schwankungen in zwei verschränkten Strahlenverwandt sind, sind die Fehler in ihren Phasenmessungen korreliert. Als Ergebnis des Experiments erzielten die Wissenschaftler Messungen, die 40 % genauer als mit zwei nicht verschränkten Strahlen und 60 % schneller waren. Berechnungen zeigen, dass Genauigkeit und Geschwindigkeit proportional zur Anzahl der Sensoren zunehmen.
Die Entwickler weisen darauf hin, dass solche empfindlichSensoren können für die Trägheitsnavigation auf einem Planeten ohne GPS-Satelliten oder in einem Gebäude verwendet werden, wenn sich eine Person durch verschiedene Stockwerke bewegt. Darüber hinaus können sie verwendet werden, um minimale Gravitationsstörungen im Zusammenhang mit dunkler Materie zu messen. Die Forscher werden weiter daran arbeiten, das Gerät so zu miniaturisieren, dass es in ein Gerät von der Größe eines Smartphones passt.
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Auf dem Cover: eine künstlerische Illustration eines ultrapräzisen Sensors, der auf einer Anordnung von Membranen und verschränkten Laserstrahlen basiert. Bild: Universität von Michigan