Uudenlaisen kvanttitutkan prototyyppi

Kuvaus kvanttitutkan prototyypistä.

Itävallan tiede- ja teknologiainstituutin (IST Austria) fyysikot ovat kehitelleet uuden tutkan prototyypin, joka käyttää kvanttilomittumista kohteen havaitsemismenetelmänä.

Tutkijat professori Johannes Finkin tutkimusryhmästä IST Austriasta kansainvälisten yhteistyökumppaneiden kanssa ovat osoittaneet uudentyyppisen havaitsemistekniikan. Sitä kutsutaan 'mikroaaltoiseksi kvanttivalaistukseksi', ja se hyödyntää lomittuneina mikroaaltofotoneja havaitsemismenetelmänä.

Prototyyppi, joka tunnetaan myös nimellä kvanttitutka, pystyy havaitsemaan kohteita kohisevassa lämpöympäristöissä, joissa klassiset tutkajärjestelmät usein epäonnistuvat. Teknologialla on potentiaalisia sovelluksia erittäin pienitehoisiin biolääketieteellisiin kuvantamislaitteisiin sekä turvaskannereihin.

Laitteen toimintaperiaatteet ovat yksinkertaiset: Perinteisten mikroaaltojen käytön sijasta tutkijat lomittivat kaksi fotoniryhmää, joita kutsutaan signal- ja idler-fotoneiksi.

'Signaalifotonit' lähetetään kohti kiinnostavaa kohdetta, kun taas 'vertailufotonit’ mitataan suhteellisen eristettyinä, häiriöistä ja kohinasta vapaana.

Kun signaalifotonit heijastuvat takaisin, todellinen lomittuminen signaali- ja vertailufotonien välillä menetetään, mutta pieni määrä korrelaatiota säilyy. Siitä voi luoda tunnistuksen tai mallin, joka kuvaa kohdeobjektin olemassaoloa tai puuttumista - ympäristön kohinasta riippumatta.

"Se mitä olemme osoittaneet, on todiste konseptista mikroaaltokvanttitutkalle", sanoo tutkimusjulkaisun keskeinen kirjoittaja Shabir Barzanjeh, jonka aiemmat tutkimukset auttoivat edistämään kvanttitehostetun tutkateknologian teoreettista käsitystä.

"Käyttämällä lomittumista, joka on muodostettu muutaman tuhannesosan asteen absoluuttisen nollan yläpuolella, olemme pystyneet havaitsemaan heikosti heijastavat kohteet huoneen lämpötilassa."

Vaikka kvanttien lomittuminen sinänsä on luonteeltaan haurasta, laitteella on muutamia etuja perinteisiin klassisiin tutkiin nähden. Esimerkiksi pienillä tehotasoilla tavanomaiset tutkajärjestelmät kärsivät tyypillisesti heikosta herkkyydestä, koska niillä on vaikeuksia erottaa kohteen heijastama säteily luonnollisesti esiintyvästä taustasäteilyn kohinasta.

Kvanttivalaistus tarjoaa ratkaisun tähän ongelmaan, koska 'signaali' ja 'vertailu' fotonien väliset yhtäläisyydet - jotka on muodostettu kvanttilomittumisen avulla - tekevät tehokkaammaksi erottaa kohdepiiristä vastaanotetut signaalifotonit ympäristön muodostamasta kohinasta.

Barzanjehin mukaan: ”Tutkimuksen pääviestinä on, että kvanttitutka tai kvanttimikroaaltovalaistus ei ole vain teoriassa mahdollista vaan myös käytännössä. Kun vertaillaan klassisiin pienitehoisiin ilmaisimiin samoissa olosuhteissa, näemme jo erittäin pienisignaalisten fotonien lukumäärillä, että kvanttiparannettu ilmaisu voi olla parempi."

"On mielenkiintoista nähdä tämän tutkimuksen tulevat vaikutukset etenkin lyhyen kantaman mikroaaltoantureihin." kommentoi Barzanjeh.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttitekninen tutka

Kvanttianturi tehostaa syövän hoitoa