Исследователи из Аризонского университета использовали квантовую запутанность, чтобы повысить
Sensores optomecânicos medem usandoforças das ondas de luz atuando em um dispositivo mecânico sensível, explicam os cientistas. Eles são baseados em dois feixes de laser sincronizados que refletem em um sensor. Qualquer movimento altera a distância que a luz percorre em seu caminho até o detector. Se o transdutor estiver estacionário, as duas ondas estarão perfeitamente alinhadas. Mas se o sensor estiver em movimento, eles criam um padrão de interferência.
В классических интерферометрических системах чем дальше распространяется свет, тем точнее становится система. Чтобы обеспечить высокую точность миниатюрных оптомеханических датчиков, физики использовали квантовую запутанность.
Em vez de dividir a luz uma vez pararicocheteou em um sensor e um espelho, eles dividiram cada feixe duas vezes para que a luz refletisse em dois sensores e dois espelhos. Os sensores usados são membranas tão finas quanto 100 nm, que se movem em resposta a forças muito pequenas.
Esquema da instalação proposta. Imagem: Yi Xia et al., Nature Photonics
Удвоение датчиков повышает точность, так как мембраны должны вибрировать синхронно друг с другом, но запутанность добавляет дополнительный уровень координации, отмечают ученые. Они «сжали» лазерный луч. В квантово-механических объектах, таких как фотоны, существует фундаментальный предел того, насколько точно могут быть известны положение и импульс частицы. Поскольку фотоны также являются волнами, это выражается в фазе волны (где она находится в своих колебаниях) и ее амплитуде (сколько энергии она несет).
Сжатие перераспределяет неопределенность, так что сжатый компонент известен более точно, а антисжатый компонент несет больше неопределенности. Мы сжали фазу, потому что это то, что нам нужно было знать для нашего измерения.
И Ся, соавтор исследования
Поскольку флуктуации в двух запутанных лучах связаны, погрешности в их фазовых измерениях коррелируют. В результате эксперимента ученые получили измерения, которые на 40% точнее, чем с двумя неспутанными лучами, и сделали это на 60% быстрее. Расчеты показывают, что точность и скорость возрастут пропорционально количеству датчиков.
Разработчики отмечают, что такие чувствительные датчики можно использовать для инерциальной навигации на планете, на которой нет спутников GPS, или внутри здания, когда человек перемещается по разным этажам. Кроме того, с их помощью можно измерять минимальные гравитационные возмущения, связанные с темной материей. Исследователи продолжат работать над миниатюризацией устройства, чтобы его можно было встроить в прибор размером со смартфон.
Consulte Mais informação:
Nova célula solar quebra recorde mundial de eficiência
Descobriu-se o que está acontecendo com os documentos de Leonardo da Vinci: eles começaram a mudar
Ouça o som do plasma solar ao atingir a Terra
На обложке: художественная иллюстрация сверхточного датчика на основе массива мембран и запутанных лазерных лучей. Изображение: University of Michigan