Forskare vid University of Arizona har använt kvantintrassling för att förbättra
Optomekaniska sensorer mäter medljusvågor som verkar på en känslig mekanisk anordning, förklarar forskare. De är baserade på två synkroniserade laserstrålar som studsar mot en sensor. Varje rörelse ändrar avståndet som ljuset färdas på sin väg till detektorn. Om givaren är stationär är de två vågorna perfekt inriktade. Men om sensorn rör sig skapar de ett interferensmönster.
I klassiska interferometriska system, änJu längre ljuset färdas, desto mer exakt blir systemet. För att säkerställa hög precision i optomekaniska miniatyrsensorer använde fysiker kvantintrång.
Istället för att dela upp ljuset en gång tillden studsade av en sensor och en spegel, de delade varje stråle två gånger så att ljuset studsade av två sensorer och två speglar. Sensorerna som används är membran så tunna som 100 nm, som rör sig som svar på mycket små krafter.
Schema för den föreslagna installationen. Bild: Yi Xia et al., Nature Photonics
Fördubbling av sensorerna förbättrar noggrannheten eftersommembranen måste vibrera synkroniserat med varandra, men förvecklingen lägger till ett extra lager av koordination, konstaterar forskarna. De "klämde" laserstrålen. I kvantmekaniska objekt som fotoner finns det en grundläggande gräns för hur exakt positionen och rörelsemängden för en partikel kan vara känd. Eftersom fotoner också är vågor uttrycks detta i termer av vågens fas (där den befinner sig i sin oscillation) och dess amplitud (hur mycket energi den bär).
Sammandragningen omfördelar osäkerheten så attden komprimerade komponenten är känd mer exakt, medan den anti-komprimerade komponenten medför mer osäkerhet. Vi komprimerade fasen eftersom det var det vi behövde veta för vår mätning.
Yi Xia, studiemedförfattare
Eftersom fluktuationer i två intrasslade strålarär relaterade, är felen i deras fasmätningar korrelerade. Som ett resultat av experimentet fick forskare mätningar som är 40 % mer exakta än med två icke-trasslade strålar, och gjorde det 60 % snabbare. Beräkningar visar att noggrannheten och hastigheten kommer att öka i proportion till antalet sensorer.
Utvecklarna noterar att sådana känsligasensorer kan användas för tröghetsnavigering på en planet som inte har GPS-satelliter, eller inne i en byggnad när en person rör sig genom olika våningar. Dessutom kan de användas för att mäta minimala gravitationsstörningar förknippade med mörk materia. Forskarna kommer att fortsätta arbeta med att miniatyrisera enheten så att den kan passa in i en enhet lika stor som en smartphone.
Läs mer:
Ny solcell slår världsrekord i effektivitet
Det visade sig vad som händer med Leonardo da Vincis dokument: de började förändras
Lyssna på ljudet av solplasma när det träffar jorden
På omslaget: en konstnärlig illustration av en ultraexakt sensor baserad på en rad membran och intrasslade laserstrålar. Bild: University of Michigan