Van licht is bekend dat het een aantal fundamentele eigenschappen heeft, inclusief kleur, helderheid, en richting, waarvan de meeste direct zichtbaar zijn en met het blote oog kunnen worden waargenomen. Er zijn nu verschillende instrumenten om deze eigenschappen te detecteren en te meten, zoals fotonentellers, detectoren die vaak in onderzoek worden gebruikt en die de helderheid meten door individuele lichtquanta te tellen. Cruciaal, sommige bestaande apparaten kunnen deze eigenschappen ook meten aan de zogenaamde kwantumlimiet, wat een fundamentele barrière is voor de nauwkeurigheid van een meting.

Een eigenschap van licht die tot nu toe vrij ongrijpbaar en moeilijk te meten bleek te zijn aan de kwantumlimiet, is de fase van een lichtgolf. Onderzoekers van de University of California Berkeley hebben onlangs een voorstel geïmplementeerd dat 25 jaar geleden door een van hun medewerkers werd geïntroduceerd en dat een mogelijke manier schetste om optimale metingen van deze eigenschap uit te voeren, ook bekend als canonieke fasemetingen. In een paper gepubliceerd in Natuurfysica , ze passen een betrouwbare methode toe voor het implementeren van canonieke fasemetingen met behulp van kwantumfeedback, die alle eerder voorgestelde technieken overtreft.

"Fase en kracht gehoorzamen aan een versie van het onzekerheidsprincipe van Heisenberg, net als positie en momentum, "Leigh Maarten, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Hoe meer je weet over een, hoe minder je van de ander weet. Een bizarre eigenschap van een canonieke fasemeting is dat het zich totaal niet bewust is van stroom. In theorie, het kan het verschil niet zien tussen een verblindend licht en volledige duisternis, maar het kan de fase van het invallende lichtveld optimaal bepalen."

De techniek die de onderzoekers gebruiken, meet de fase van een lichtgolf op de kwantumlimiet door de kracht van de lichtgolf niet te meten. Om af te zien van het meten van macht, de onderzoekers synchroniseerden hun detector met het inkomende elektrische veld van een lichtgolf, die op en neer schommelt. De hoogte van de golf waarop dit veld oscilleert, bepaalt uiteindelijk het vermogen van een lichtbundel.

"Als je je detector alleen aanzet als de golf tussen 'omhoog' en 'omlaag' is, ' dan is het veld op dat moment nul, ongeacht het totale vermogen, Martin legde uit. "Het addertje onder het gras is dat je niet weet op welk moment dat gebeurt, tenzij je de fase al kent. Daarom, we passen de timing van onze detector voortdurend aan wanneer het signaal arriveert - waardoor de timing in wezen verandert tijdens de aankomst van een enkel foton."

De onderzoekers evalueerden de effectiviteit van het nieuwe systeem dat ze hadden bedacht en ontdekten dat het met succes single-shot-metingen op een golfpakket van één foton kon verzamelen. Bovendien, hun techniek overtrof de huidige standaard voor heterodyne detectie.

"Naar mij, dit project laat zien hoeveel we kunnen leren over metingen en deze kunnen verbeteren met behulp van kwantumeffecten, " Martin zei. "In deze studie specifiek, we gebruikten een voorbeeld van een zeer algemeen fenomeen, dat is dat als je je meetbasis verandert tijdens een kwantummeting, je kunt een veel grotere klasse waarneembaarheden meten dan wat je begon te meten."

In de toekomst, de nieuwe meettechniek kan worden gebruikt om onderzoek uit te voeren waarbij de fase van lichtgolven op de kwantumlimiet wordt gedetecteerd en benut. In hun toekomstige werk, Martin en zijn collega's zijn ook van plan alternatieve meetmethoden te onderzoeken die gebruikmaken van de sterke niet-lineariteiten in supergeleidende circuits, een klasse van zeer efficiënte circuits zonder elektrische weerstand.

"Mensen zijn erg enthousiast over kwantuminformatieplatforms zoals supergeleidende circuits voor kwantumberekening, maar er zijn heel veel dingen die ze ook echt speciaal maken voor het doen van meetwetenschap, zoals sterke niet-lineariteiten van fotonen en adaptieve metingen, Martin zei. "Ik hoop de grenzen van kwantummeting te blijven verleggen, zowel in supergeleidende circuits als in het systeem waarmee ik nu werk, stikstofleegstandscentra in diamant."

© 2020 Wetenschap X Netwerk