(Phys.org) — Bij het meten van zeer kleine fysieke effecten, zoals de afbuiging van een lichtstraal, alleen al het meten kan het meetresultaat beïnvloeden. Nu in een nieuwe studie, natuurkundigen hebben experimenteel aangetoond dat een methode die is ontworpen om dit probleem aan te pakken, zogenaamde op zwakke waarden gebaseerde meting, kan, wanneer versterkt door een recent voorgestelde techniek genaamd energierecycling, overtreffen de klassieke meetlimiet en bieden aanzienlijke voordelen voor het maken van ultranauwkeurige kwantummetingen.

De onderzoekers, geleid door Chuan-Feng Li en Guang-Can Guo aan de Universiteit van Wetenschap en Technologie van China, hebben een paper over de nieuwe demonstratie gepubliceerd in een recent nummer van Fysieke beoordelingsbrieven .

Op zwakke waarden gebaseerde metrologie werd voor het eerst voorgesteld in 1988 door natuurkundigen Yakir Aharonov, David Albert, en Lev Vaidman. Bij deze methode, het meetapparaat is slechts zwak gekoppeld aan het te meten kwantumsysteem, waardoor de interferentie van de meting op het systeem wordt verminderd. De meting wordt ook gedaan nadat het effect is opgetreden, een strategie die postselectie wordt genoemd.

In de laatste paar decennia, onderzoekers hebben ontdekt dat op zwakke waarden gebaseerde metrologie de meetgevoeligheid kan verbeteren door signaalversterking bij het meten van verschillende soorten kwantumsystemen. Echter, het lijdt aan een afweging, in die zin dat de naselectie die helpt het signaal te versterken ook sondeverlies veroorzaakt, wat betekent dat er minder fotonen beschikbaar zijn om de meting uit te voeren. Door het verlies van de sonde, recent onderzoek heeft gesuggereerd dat de ultieme precisie van op zwakke waarden gebaseerde metrologie de klassieke metrologielimiet niet kan overschrijden, de voordelen van op zwakke waarden gebaseerde metrologie in twijfel trekken.

De nieuwe studie markeert de eerste keer dat een op zwakke waarden gebaseerde meting de bovenste klassieke limiet heeft overschreden. De klassieke limiet komt overeen met de schotgeluidslimiet, die is gebaseerd op de deeltjesaard van licht, waar willekeurige fluctuaties veroorzaakt door individuele fotonen de meetnauwkeurigheid verstoren.

Om deze grens te overwinnen, de onderzoekers gebruikten een techniek genaamd power recycling, die, zoals de naam doet vermoeden, maakt volledig gebruik van de verspilde sonde door deze te recyclen. De wetenschappers implementeerden de techniek in een straalafbuigingsexperiment door de niet-geselecteerde fotonen (die anders zouden worden weggegooid) van een spiegel te reflecteren, terugsturen naar het meetapparaat. Met behulp van energierecycling, het signaal wordt versterkt zoals voorheen, maar sondeverlies wordt aanzienlijk verminderd, resulterend in een aanzienlijk hogere nauwkeurigheid.

"Ons werk biedt een nieuw type zeer nauwkeurige metrologie dat niet alleen de meetgevoeligheid aanzienlijk zal verbeteren (door gebruik te maken van de zwakke-waarde-versterkingstechniek), maar bieden ook een hogere precisie die zelfs de klassieke meetlimiet overtreft (vanwege de energierecyclingtechniek), " vertelde Li Phys.org . "Ons werk toont voor het eerst aan dat op zwakke waarden gebaseerde metrologie verder kan gaan dan klassieke metrologie wanneer de meetsonde efficiënt wordt gebruikt."

De natuurkundigen verwachten dat op vermogen gerecycleerde, op zwakke waarden gebaseerde metrologie kan worden gebruikt om naast de straalafbuiging vele andere fysieke effecten te meten.

"Op zwakke waarden gebaseerde metrologie kan worden gebruikt bij het meten van vele zeer kleine fysieke effecten, zoals straalafbuiging, faseverschuivingen, frequentie verschuivingen, temperatuur verschuivingen, snelheidsmetingen, en anderen, en zelfs toegepast voor detectie van zwaartekrachtgolven, " zei Li. "In combinatie met de energierecyclingtechniek, op zwakke waarden gebaseerde metrologie zal een veel hogere meetnauwkeurigheid en een uitgebreidere toepassing in de meting laten zien."

De onderzoekers verwachten ook dat de meetnauwkeurigheid verder kan worden verbeterd door energierecycling te combineren met andere technieken, zoals een multibounce-pulsrecyclingstrategie waarbij meerdere reflecties de meetnauwkeurigheid verbeteren.

"Ons toekomstig onderzoek zal zich concentreren op het vergroten van de meetnauwkeurigheid om de Heisenberg-limiet te bereiken, ' zei Li.

© 2016 Fys.org