استفاده از امواج نوری کوانتومی برای بالا بردن دقت اندازه‌گیری

تیمی از محققان دانشگاه تامپر با بحث در مورد یک اثر موج اساسی، رفتار غیرعادی امواج نور متمرکز را به حوزه کوانتومی آورده اند تا از این طریق دقت اندازه‌گیری را بالا ببرند.
به گزارش تک ناک، محققان توانسته اند نشان دهند که امواج نوری کوانتومی به طور قابل توجهی متفاوت از همتایان کلاسیک خود رفتار می‌کنند و می‌توان از آنها برای افزایش دقت اندازه‌گیری فاصله استفاده کرد.

یافته های آنها همچنین به بحث در مورد منشاء فیزیکی رفتار تمرکز غیرعادی می افزاید. نتایج این بررسی هم اکنون در Nature Photonics منتشر شده‌است.
رابرت فیکلر، رهبر گروه اپتیک کوانتومی تجربی در دانشگاه تامپر، اینگونه توضیح می‌دهد: جالب اینجاست که ما با ایده‌ای بر اساس نتایج قبلی‌مان شروع کردیم و ساخت نور کوانتومی را برای افزایش دقت اندازه‌گیری انجام دادیم. با این حال، ما سپس متوجه شدیم که فیزیک زیربنایی این برنامه همچنین به بحث طولانی در مورد منشأ ناهنجاری فاز Gouy میدان‌های نور متمرکز کمک می‌کند.

امواج نوری کوانتومی رفتار متفاوتی دارند اما مبدا آنها یکی است
در طول دهه‌های گذشته، روش‌های ساخت میدان‌های نوری در سطح تک فوتون به‌شدت رشد کرده‌اند و منجر به یافته‌های جدید بی‌شماری شده‌اند. علاوه بر این، پایه های اپتیک بهتری به دست آمده‌است. با این حال، منشا فیزیکی اینکه چرا نور هنگام عبور از یک کانون به اصطلاح ناهنجاری فاز گوی( Gouy) چنین رفتار غیرمنتظره‌ای دارد، هنوز مورد بحث است. این مساله به رغم کاربرد و اهمیت گسترده آن در سیستم‌های نوری است. مطالعه فعلی با وجود جدید بودن هم‌اکنون در حال تأثیرگذاری در حوزه کوانتومی است.

الف، تصویر مفهومی از طرح مشاهده. تصویر ساختار شدت یک برهم نهی یک حالت شعاعی با p′=4 و مرجع گاوسی (p = 0) را در فواصل مختلف از فوکوس نشان می دهد. ورودی شدت میدان را در محور نوری نشان می دهد. b، شدت پرتو نور کلاسیک تهیه شده در همان برهم نهی a، با کمر گاوسی w0 = 25 μm و z0 = 0. c، احتمال دو فوتونی متغیر فضایی برای حالت N00N دو فوتونی تهیه شده در همان شعاعی حالت هایی مانند a و b. برای اینکه این ساختار قابل مشاهده باشد، مواردی را که در آن دو فوتون در یک موقعیت قرار دارند با استفاده از طرح ریزی P(x, y, z) = |〈Ψ(z)|2〉x,y|2 پس از انتخاب انتخاب می کنیم. برای b و c، شدت ها/احتمالات بر روی صفحه ای که از محور نوری برش می زند محاسبه می شود (برای مرجع a را ببینید).

مارکوس هیکاماکی، محقق دکترا، نویسنده اصلی این مطالعه، می‌افزاید: ما هنگام توسعه تئوری برای توصیف نتایج تجربی خود، متوجه شدیم که فاز گوی برای نور کوانتومی نه تنها با فاز استاندارد متفاوت است، بلکه منشاء آن را می توان به یک اثر کوانتومی دیگر مرتبط دانست. این دقیقاً شبیه چیزی‌ است که در یکی از کارهای قبلی، حدس زده شده بود.
سرعت رفتار غیرعادی نور در حوزه کوانتومی در مقایسه با نور کلاسیک افزایش افزایش یافته‌است. از آنجایی که رفتار فاز گوی را می توان برای تعیین فاصله‌ای که یک پرتو نور منتشر شده استفاده کرد، افزایش سرعت فاز گوی کوانتومی می‌تواند باعث بهبود دقت اندازه گیری فواصل شود.
با این درک جدید، محققان در حال برنامه‌ریزی برای توسعه تکنیک‌های جدید برای افزایش توانایی‌های اندازه‌گیری خود هستند، به طوری که اندازه‌گیری پرتوهای پیچیده‌تری از فوتون‌ها امکان‌پذیر خواهد بود. این تیم انتظار دارد که این روش به آنها کمک کند تا کاربرد اثر مشاهده شده را به پیش ببرند و به طور بالقوه تفاوت‌های بیشتری را بین میدان‌های نوری کوانتومی و کلاسیک آشکار کنند.