Uudenlaisen kvanttitutkan prototyyppi

19.05.2020

IST-Austria-kvanttitutka-275-t.jpgKuvaus 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

08.12.2022Pietsosähköä halliten ja tehostaen
07.12.2022Neljä ulottuvuutta kvanttiviestintään
06.12.2022Akkuelektrodeita kehittäen
05.12.2022Uusi konsepti aurinkokennoille
02.12.2022Monitoimiset metapintojen antennit
01.12.2022Paremmilla transistoreilla vai peräti ilman
30.11.2022Kasvihuonekaasu CO2 akun komponentiksi
29.11.2022Kuitua kvanttiviestinnälle
28.11.2022Älykkäästi reagoivaa materiaalia
25.11.2022Aikalinssi tuottaa ultranopeita pulsseja

Siirry arkistoon »