애리조나 대학의 연구원들은 양자 얽힘을 사용하여
광기계식 센서는 다음을 사용하여 측정합니다.과학자들은 민감한 기계 장치에 작용하는 광파의 힘을 설명합니다. 센서에서 반사되는 두 개의 동기화된 레이저 빔을 기반으로 합니다. 모든 움직임은 빛이 감지기로 이동하는 거리를 변경합니다. 변환기가 고정되어 있으면 두 파동이 완벽하게 정렬됩니다. 그러나 센서가 움직이면 간섭 패턴이 생성됩니다.
고전적인 간섭계 시스템에서는빛이 더 멀리 이동할수록 시스템은 더욱 정확해집니다. 소형 광기계 센서의 높은 정밀도를 보장하기 위해 물리학자들은 양자 얽힘을 사용했습니다.
빛을 한 번에 분할하여그것은 센서와 거울에서 반사되었고, 빛이 두 개의 센서와 두 개의 거울에서 반사되도록 각 빔을 두 번 분할했습니다. 사용된 센서는 매우 작은 힘에 반응하여 움직이는 100nm 정도의 얇은 멤브레인입니다.
제안된 설치 계획. 이미지: Yi Xia et al., Nature Photonics
센서를 두 배로 늘리면 정확도가 향상됩니다.멤브레인은 서로 동기화되어 진동해야 하지만 얽힘은 추가적인 조정 레이어를 추가한다고 과학자들은 지적합니다. 그들은 레이저 빔을 "압착"했습니다. 광자와 같은 양자 역학 물체에서는 입자의 위치와 운동량을 얼마나 정확하게 알 수 있는지에 대한 근본적인 한계가 있습니다. 광자도 파동이기 때문에 이것은 파동의 위상(진동하는 위치)과 진폭(파동이 운반하는 에너지의 양)으로 표현됩니다.
수축은 불확실성을 재분배하여압축된 구성 요소는 더 정확하게 알려진 반면 압축되지 않은 구성 요소는 더 많은 불확실성을 전달합니다. 우리는 위상을 압축했습니다. 그것이 측정을 위해 알아야 하는 것이기 때문입니다.
이 샤, 연구 공동 저자
두 개의 얽힌 빔의 요동 때문에관련되어 있으면 위상 측정의 오류가 상관됩니다. 실험 결과 과학자들은 얽히지 않은 두 개의 빔보다 40% 더 정확한 측정값을 얻었고 60% 더 빠르게 측정했습니다. 계산에 따르면 정확도와 속도는 센서 수에 비례하여 증가합니다.
개발자는 이러한 민감한센서는 GPS 위성이 없는 행성이나 사람이 다른 층을 이동할 때 건물 내부에서 관성 항법에 사용될 수 있습니다. 또한 암흑 물질과 관련된 최소 중력 섭동을 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 연구원들은 스마트폰 크기의 장치에 들어갈 수 있도록 장치를 소형화하는 작업을 계속할 것입니다.
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표지: 멤브레인 배열과 얽힌 레이저 빔을 기반으로 한 초정밀 센서의 예술적인 삽화. 이미지: 미시간 대학교