Naukowcy z University of Arizona wykorzystali splątanie kwantowe do zwiększenia
Czujniki optomechaniczne mierzą za pomocąsiły fal świetlnych działające na czułe urządzenie mechaniczne, wyjaśniają naukowcy. Opierają się na dwóch zsynchronizowanych wiązkach laserowych, które odbijają się od czujnika. Każdy ruch zmienia odległość, jaką pokonuje światło w drodze do detektora. Jeśli przetwornik jest nieruchomy, dwie fale są idealnie wyrównane. Ale jeśli czujnik się porusza, tworzą wzór interferencji.
W klasycznych układach interferometrycznych im dalej pokonuje się światło, tym dokładniejszy staje się układ.Aby zapewnić wysoką dokładność miniaturowych czujników optomechanicznych, fizycy zastosowali splątanie kwantowe.
Zamiast dzielić światło raz naodbiło się od czujnika i lustra, rozdzielili każdą wiązkę dwukrotnie, tak że światło odbiło się od dwóch czujników i dwóch luster. Zastosowane czujniki to membrany o grubości zaledwie 100 nm, które poruszają się w odpowiedzi na bardzo małe siły.
Schemat proponowanej instalacji. Zdjęcie: Yi Xia i in., Nature Photonics
Podwojenie czujników poprawia dokładność, ponieważmembrany muszą wibrować synchronicznie ze sobą, ale splątanie dodaje dodatkową warstwę koordynacji, zauważają naukowcy. „Ścisnęli” wiązkę lasera. W obiektach mechaniki kwantowej, takich jak fotony, istnieje fundamentalna granica dokładności poznania położenia i pędu cząstki. Ponieważ fotony są również falami, wyraża się to fazą fali (gdzie znajduje się w jej oscylacji) i jej amplitudą (ile przenosi energii).
Skrócenie redystrybuuje niepewność tak, żeskładnik skompresowany jest znany dokładniej, podczas gdy składnik nieskompresowany niesie ze sobą większą niepewność. Skompresowaliśmy fazę, ponieważ właśnie tego potrzebowaliśmy do naszego pomiaru.
Yi Xia, współautor badania
Od fluktuacji dwóch splątanych wiązeksą ze sobą powiązane, błędy w ich pomiarach fazy są skorelowane. W wyniku eksperymentu naukowcy uzyskali pomiary o 40% dokładniejsze niż w przypadku dwóch niesplątanych wiązek i zrobili to o 60% szybciej. Z obliczeń wynika, że dokładność i szybkość będą wzrastać proporcjonalnie do liczby czujników.
Twórcy zauważają, że takie wrażliweczujniki mogą być używane do nawigacji bezwładnościowej na planecie, która nie ma satelitów GPS lub wewnątrz budynku, gdy osoba porusza się po różnych piętrach. Ponadto można je wykorzystać do pomiaru minimalnych perturbacji grawitacyjnych związanych z ciemną materią. Naukowcy będą nadal pracować nad miniaturyzacją urządzenia, aby zmieściło się w urządzeniu wielkości smartfona.
Czytaj więcej:
Nowe ogniwo słoneczne bije światowy rekord wydajności
Okazało się, co dzieje się z dokumentami Leonarda da Vinci: zaczęły się zmieniać
Posłuchaj dźwięku plazmy słonecznej, gdy uderza w Ziemię
Na okładce: artystyczna ilustracja ultraprecyzyjnego czujnika opartego na układzie membran i splątanych wiązek laserowych. Zdjęcie: Uniwersytet Michigan