Onderzoekers van de Universiteit van Arizona hebben kwantumverstrengeling gebruikt om dit te verbeteren
Optomechanische sensoren meten met behulp vanlichtgolvenkrachten die inwerken op een gevoelig mechanisch apparaat, leggen wetenschappers uit. Ze zijn gebaseerd op twee gesynchroniseerde laserstralen die weerkaatsen op een sensor. Elke beweging verandert de afstand die het licht aflegt op weg naar de detector. Als de transducer stilstaat, zijn de twee golven perfect uitgelijnd. Maar als de sensor beweegt, creëren ze een interferentiepatroon.
In klassieke interferometrische systemen danHoe verder het licht reist, hoe nauwkeuriger het systeem wordt. Om hoge precisie in miniatuur optomechanische sensoren te garanderen, gebruikten natuurkundigen kwantumverstrengeling.
In plaats van het licht een keer te splitsenhet weerkaatste op een sensor en een spiegel, ze splitsten elke straal twee keer zodat het licht weerkaatste op twee sensoren en twee spiegels. De gebruikte sensoren zijn membranen zo dun als 100 nm, die bewegen als reactie op zeer kleine krachten.
Schema van de voorgestelde installatie. Afbeelding: Yi Xia et al., Nature Photonics
Het verdubbelen van de sensoren verbetert de nauwkeurigheid omdatde membranen moeten synchroon met elkaar trillen, maar de verstrengeling voegt een extra coördinatielaag toe, merken de wetenschappers op. Ze "knepen" de laserstraal samen. In kwantummechanische objecten zoals fotonen is er een fundamentele grens aan hoe nauwkeurig de positie en het momentum van een deeltje bekend kunnen zijn. Aangezien fotonen ook golven zijn, wordt dit uitgedrukt in termen van de fase van de golf (waar deze zich in zijn oscillatie bevindt) en zijn amplitude (hoeveel energie deze draagt).
De samentrekking herverdeelt de onzekerheid zodatde gecomprimeerde component is nauwkeuriger bekend, terwijl de anti-gecomprimeerde component meer onzekerheid met zich meebrengt. We hebben de fase gecomprimeerd omdat we dat moesten weten voor onze meting.
Yi Xia, co-auteur van de studie
Sinds fluctuaties in twee verstrengelde bundelsgerelateerd zijn, zijn de fouten in hun fasemetingen gecorreleerd. Als resultaat van het experiment verkregen wetenschappers metingen die 40% nauwkeuriger zijn dan met twee niet-verstrengelde bundels, en deden ze het 60% sneller. Uit berekeningen blijkt dat de nauwkeurigheid en snelheid evenredig toenemen met het aantal sensoren.
De ontwikkelaars merken op dat zulke gevoeligesensoren kunnen worden gebruikt voor traagheidsnavigatie op een planeet die geen GPS-satellieten heeft, of in een gebouw wanneer een persoon zich door verschillende verdiepingen beweegt. Bovendien kunnen ze worden gebruikt om minimale zwaartekrachtverstoringen te meten die verband houden met donkere materie. De onderzoekers zullen blijven werken aan het miniaturiseren van het apparaat, zodat het in een apparaat ter grootte van een smartphone past.
Lees verder:
Nieuwe zonnecel breekt wereldrecord efficiëntie
Het bleek wat er gebeurt met de documenten van Leonardo da Vinci: ze begonnen te veranderen
Luister naar het geluid van zonneplasma als het de aarde raakt
Op de omslag: een artistieke illustratie van een ultraprecieze sensor op basis van een reeks membranen en verstrengelde laserstralen. Afbeelding: Universiteit van Michigan