アリゾナ大学の研究者は、量子もつれを利用して、
オプトメカニカル センサーは、以下を使用して測定します。敏感な機械装置に作用する光波力、と科学者は説明しています。それらは、センサーで跳ね返る 2 つの同期レーザー ビームに基づいています。あらゆる動きにより、光が検出器に到達するまでの距離が変化します。トランスデューサが静止している場合、2 つの波は完全に整列します。しかし、センサーが動いている場合、干渉パターンが作成されます。
古典的な干渉計システムでは、光が遠くに進むほど、システムの精度は高くなります。小型光機械センサーの高精度を確保するために、物理学者は量子もつれを使用しました。
光を一度に分割する代わりにセンサーとミラーで反射し、各ビームを 2 回分割して、光が 2 つのセンサーと 2 つのミラーで反射するようにしました。使用されるセンサーは 100 nm ほどの薄い膜で、非常に小さな力に反応して動きます。
提案されたインストールのスキーム。画像: Yi Xia et al., Nature Photonics
センサーを 2 倍にすると精度が向上します。膜は互いに同期して振動する必要がありますが、絡み合うことで調整の層が追加されると科学者は指摘しています。彼らはレーザービームを「絞った」。光子などの量子力学的物体では、粒子の位置と運動量を正確に知るには根本的な限界があります。光子も波であるため、これは波の位相 (振動している場所) と振幅 (どれだけのエネルギーを運ぶか) で表されます。
収縮は不確実性を再分配するので、圧縮されたコンポーネントはより正確に認識されますが、反圧縮されたコンポーネントはより不確実性を伴います。位相を圧縮したのは、それが測定のために知る必要があるためです。
Yi Xia、研究共著者
もつれた2つのビームのゆらぎから関連している場合、それらの位相測定の誤差は相関しています。実験の結果、科学者は絡み合っていない 2 つのビームよりも 40% 正確な測定値を取得し、60% 高速に実行しました。計算では、センサーの数に比例して精度と速度が向上することが示されています。
開発者は、そのような機密性に注意してくださいセンサーは、GPS 衛星を持たない惑星での慣性航法や、人が異なるフロアを移動する建物内での慣性航法に使用できます。さらに、暗黒物質に関連する最小限の重力摂動を測定するために使用できます。研究者は、スマートフォンのサイズのデバイスに収まるように、デバイスの小型化に引き続き取り組んでいきます。
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表紙: 一連の膜と絡み合ったレーザー ビームに基づく超精密センサーの芸術的なイラスト。画像：ミシガン大学