I ricercatori dell’Università dell’Arizona hanno utilizzato l’entanglement quantistico per migliorare
I sensori optomeccanici misurano usandoforze delle onde luminose che agiscono su un dispositivo meccanico sensibile, spiegano gli scienziati. Si basano su due raggi laser sincronizzati che rimbalzano su un sensore. Qualsiasi movimento cambia la distanza che la luce percorre nel suo cammino verso il rilevatore. Se il trasduttore è fermo, le due onde sono perfettamente allineate. Ma se il sensore è in movimento, creano uno schema di interferenza.
Nei sistemi interferometrici classici, chePiù lontano viaggia la luce, più accurato diventa il sistema. Per garantire un'elevata precisione nei sensori optomeccanici miniaturizzati, i fisici hanno utilizzato l'entanglement quantistico.
Invece di dividere la luce una volta arimbalzava su un sensore e uno specchio, dividevano ogni raggio due volte in modo che la luce rimbalzasse su due sensori e due specchi. I sensori utilizzati sono membrane sottili fino a 100 nm, che si muovono in risposta a forze molto piccole.
Schema dell'impianto proposto. Immagine: Yi Xia et al., Nature Photonics
Raddoppiare i sensori migliora la precisione perchéle membrane devono vibrare in sincronia l'una con l'altra, ma l'entanglement aggiunge un ulteriore livello di coordinazione, osservano gli scienziati. Hanno "spremuto" il raggio laser. Negli oggetti quantomeccanici come i fotoni, c'è un limite fondamentale alla precisione con cui si possono conoscere la posizione e la quantità di moto di una particella. Poiché anche i fotoni sono onde, questo è espresso in termini di fase dell'onda (dove si trova nella sua oscillazione) e la sua ampiezza (quanta energia trasporta).
La contrazione ridistribuisce l'incertezza in modo cheil componente compresso è noto in modo più accurato, mentre il componente anti-compresso comporta maggiore incertezza. Abbiamo compresso la fase perché era quello che dovevamo sapere per la nostra misurazione.
Yi Xia, coautore dello studio
Dal momento che le fluttuazioni in due raggi intrecciatisono correlati, gli errori nelle loro misurazioni di fase sono correlati. Come risultato dell'esperimento, gli scienziati hanno ottenuto misurazioni più accurate del 40% rispetto a due fasci non aggrovigliati e il 60% più veloci. I calcoli mostrano che la precisione e la velocità aumenteranno in proporzione al numero di sensori.
Gli sviluppatori notano che tale sensibilei sensori possono essere utilizzati per la navigazione inerziale su un pianeta che non dispone di satelliti GPS o all'interno di un edificio quando una persona si sposta su diversi piani. Inoltre, possono essere utilizzati per misurare le perturbazioni gravitazionali minime associate alla materia oscura. I ricercatori continueranno a lavorare sulla miniaturizzazione del dispositivo in modo che possa adattarsi a un dispositivo delle dimensioni di uno smartphone.
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In copertina: un'illustrazione artistica di un sensore ultrapreciso basato su una serie di membrane e raggi laser intrecciati. Immagine: Università del Michigan