Lomittumisen kautta hajautettu kvanttianturi

Tarkka metrologia muodostaa perustan edistyneelle tieteelle ja teknologialle, mukaan lukien biokuvantaminen, puolijohdevirheiden diagnostiikka ja avaruusteleskooppihavainnot.

Metrologiassa käytetyt anturiteknologiat ovat kuitenkin tähän mennessä kohdanneet fyysisen esteen, joka tunnetaan nimellä "standardikvanttiraja".

Lupaava vaihtoehto tämän rajan ylittämiseksi on hajautettu kvanttianturiteknologia, joka yhdistää useita erillisiä antureita yhdeksi laajamittaiseksi kvanttijärjestelmäksi, mikä mahdollistaa erittäin tarkat mittaukset. Tämän lähestymistavan laajentamispotentiaalia korkean resoluution kuvantamiseen ei ole vielä täysin osoitettu.

Tohtori Hyang-Tag Limin tutkimusryhmä Korean tiede- ja teknologiainstituutin (KIST) kvanttiteknologian keskuksessa on esitellyt maailman ensimmäisen erittäin korkean resoluution hajautetun kvanttianturiverkon.

Soveltamalla hajautettuihin antureihin erityistä kvanttilomittunutta tilaa, joka tunnetaan nimellä "monimoodi N00N-tila", tiimi saavutti samanaikaisesti sekä tarkkuuden että resoluution parannuksen.

Aiempi hajautettujen kvanttisensorien parissa tehty työ on pääasiassa perustunut yksittäisten fotonien kietoutumiin tiloihin, jotka voivat parantaa tarkkuutta, mutta ovat rajoittuneita korkean resoluution mittauksiin, jotka vaativat interferenssikuvioiden hienoa erottelua.

KIST-tutkijoiden käyttämä "monimuotoinen N00N-tila" sisältää useita fotoneja, jotka ovat lomittuneet tiettyjä reittejä pitkin, mikä tuottaa paljon tiheämpiä interferenssijuovia. Tämän seurauksena resoluutio paranee merkittävästi, ja pienimmätkin fyysiset muutokset voidaan havaita suurella herkkyydellä.

Tekniikka ei ainoastaan lähesty "Heisenbergin rajaa", kvanttiteknologialla saavutettavaa tarkkuuden huipputasoa, vaan se on myös osoittanut potentiaalia superresoluutiokuvantamisen sovelluksissa.

Saavutuksella on laaja potentiaali sovelluksissa tarkkuusmetrologiaa vaativilla aloilla.

Se voisi esimerkiksi mahdollistaa perinteisillä mikroskoopeilla vaikeasti erotettavien solunsisäisten mikrorakenteiden tarkan kuvantamisen, nanometrimittakaavan virheiden havaitsemisen puolijohdepiireissä ja kaukaisten tähtitieteellisten rakenteiden tarkan havainnoinnin, jotka muuten näyttäisivät epäselviltä tavallisten kaukoputkien läpi.

Aiheesta aiemmin:

Tarkkuusanturit ohittavat Heisenbergin epävarmuusperiaatteen

Tarkempia mittauksia mutkan kautta