«Мы были в состоянии провести измерения, используя фотоны – отдельные частицы света – в резолюции, недосягаемой согласно классической физике», говорит Ли Розема, кандидат доктора философии в квантовой исследовательской группе оптики профессора Аефрэйма Стайнберга в U Отдела Т Физики, и один из ведущих авторов наряду с кандидатом M.Sc. Джеймсом Бэйтманом отчета об открытии издал онлайн сегодня в Physical Review Letters. «Эта работа открывает путь для использования запутанных государств света, чтобы выполнить ультраточные измерения».Многие самые чувствительные существующие техники измерений, с ультраточных атомных часов на самые большие телескопы в мире, полагаются на обнаружение вмешательства между волнами – который происходит, например, когда два или больше пучка света сталкиваются в том же самом космосе.
Управляя вмешательством, производя фотоны в специальном квантовом состоянии, известном как «запутанное» государство – вид государства, заметно отклоненного скептическим Альбертом Эйнштейном как допущение «жуткого действия на расстоянии» – обеспечил результат, который искали Rozema и его коллеги. Запутанное государство, которое они использовали, содержит фотоны N, которые, как все гарантируют, возьмут тот же самый путь в интерферометре – или все N берут левый путь или весь N, берут правый путь, но никакие фотоны не оставляют пакет.Эффекты вмешательства измерены в устройствах, известных как «интерферометры».
Известно, что разрешение такого устройства может быть улучшено, послав больше фотонов через него – когда классические лучи света используются, увеличивание числа фотонов (интенсивность света) фактором 100 может улучшить разрешение интерферометра фактором 10. Однако, если фотоны подготовлены в запутанном квантом государстве, увеличение фактором 100 должно улучшить резолюцию тем же самым полным фактором 100.Научное сообщество уже знало, что резолюция могла быть улучшена при помощи запутанных фотонов. Как только ученые выяснили, как запутать многократные фотоны, теория была доказана правильной, но только в какой-то степени.
Поскольку число запутанных фотонов увеличилось, разногласия всех фотонов, достигающих того же самого датчика, и в то же время стало астрономически маленьким, отдав технику, бесполезную на практике.Таким образом, Rozema и его коллеги развивали способ использовать многократные датчики, чтобы измерить фотоны в запутанных государствах. Они проектировали экспериментальный аппарат, который использует «ленту волокна», чтобы собрать фотоны и послать их во множество 11 датчиков единственного фотона.«Это позволило нам захватывать почти все мультифотоны, первоначально посланные», говорит Розема. «Посылая единственные фотоны, а также два, три и четыре запутанных фотона за один раз в наше устройство предоставили существенно улучшенную резолюцию».
U эксперимента T основывался на предложении физика Национального университета Сингапура Манкеи Цанга. В 2009 Цанг установил идею поместить датчики в каждом возможном положении, которого мог достигнуть фотон так, чтобы каждое возможное событие могло быть зарегистрировано, поражают ли многократные фотоны тот же самый датчик. Это позволило бы вычисление среднего положения всех обнаруженных фотонов и могло обойтись без необходимость отказаться от любого из них.
Теория была быстро проверена с двумя фотонами и двумя датчиками Университетом физика Оттавы Роберта Бойда.«В то время как два фотона лучше, чем один, мы показали, что 11 датчиков намного лучше, чем два», говорит Стайнберг, суммируя их продвижение на результатах Бойда. «В то время как технология прогрессирует, используя высокоэффективные множества датчика и по требованию источники запутанных фотонов, наши методы могли использоваться, чтобы измерить все более высокие числа фотонов с более высокой резолюцией».
Об открытии сообщают в исследовании, названном «Масштабируемая пространственная суперрезолюция, используя запутанные фотоны», изданные в выпуске 6 июня Physical Review Letters. Это рекомендуется как Предложение Редактора и сопровождается комментарием в журнале Physics, который описывает работу как жизнеспособный подход к эффективному наблюдению суперрешенных пространственных краев вмешательства, которые могли улучшить точность систем литографии и отображения.