Kvanttianturien tarkkuutta voi edelleen parantaa

Kvanttifysiikan avulla on voitu luoda antureita, jotka ylittävät huomattavasti klassisten laitteiden tarkkuuden.

Nyt useat tutkimukset osoittavat, että kvanttianturien tarkkuutta voidaan vielä parantaa merkittävästi käyttämällä rajallisen alueen vuorovaikutusten tuottamaa lomittumista.

Metrologiset laitokset ympäri maailmaa hallinnoivat aikaamme käyttämällä atomikelloja, jotka perustuvat atomien luonnollisiin värähtelyihin. Näitä kelloja, jotka ovat keskeisiä sovelluksissa, kuten satelliittinavigoinnissa tai tiedonsiirrossa, on äskettäin parannettu käyttämällä yhä korkeampia värähtelytaajuuksia optisissa atomikelloissa.

Nyt tutkijat Innsbruckin yliopistosta ja Itävallan tiedeakatemian kvanttioptiikan ja kvantti-informaation instituutista (IQOQI) Christian Roosin johtamana osoittavat, kuinka tiettyä tapaa luotua lomittumista voidaan käyttää parantamaan edelleen mittausten tarkkuutta, jotka ovat olennainen osa optisen atomikellon toimintoja.

Kvanttijärjestelmien havainnointiin liittyy aina tietty tilastollinen epävarmuus. "Tämä johtuu kvanttimaailman luonteesta", selittää Johannes Franke Christian Roosin tiimistä. "Lomittuminen voi auttaa meitä vähentämään näitä virheitä."

"Naapurihiukkasten välinen vuorovaikutus vähenee hiukkasten niiden välisen etäisyyden myötä. Siksi käytimme spin-vaihtovuorovaikutuksia, jotta järjestelmä voisi käyttäytyä kollektiivisemmin", selittää Raphael Kaubrügger Innsbruckin yliopiston teoreettisen fysiikan laitokselta. Siten kaikki ketjun hiukkaset lomittuivat toisiinsa ja tuottivat niin sanotun puristetun kvanttitilan.

Tätä käyttämällä fyysikot pystyivät osoittamaan, että mittausvirheet voidaan karkeasti puolittaa lomittamalla 51 ionia suhteessa yksittäisiin hiukkasiin. Aikaisemmin lomittamalla tehostettu tunnistus perustui pääasiassa äärettömiin vuorovaikutuksiin, mikä rajoitti sen sovellettavuuden vain tiettyihin kvanttialustoihin.

Innsbruckin kvanttifyysikot pystyivät kokeillaan osoittamaan, että kvanttilomittuminen tekee antureista entistä herkempiä. "Käytimme kokeissamme optista siirtymää, jota käytetään myös atomikelloissa", Christian Roos toteaa.

Tämä tekniikka voisi parantaa alueita, joilla atomikelloja tällä hetkellä käytetään, kuten satelliittinavigointia tai tiedonsiirtoa. Lisäksi nämä kehittyneet kellot voisivat avata uusia mahdollisuuksia esimerkiksi pimeän aineen etsimiseen tai perusvakioiden aikavaihteluiden määrittämiseen.

Aiheesta aiemmin:

Navigointia ilman GPS:ää