Fotonipari mittaa pyörimistä herkemmin kuin yksittäinen fotoni
Kvanttimetrologian tutkijat kehittävät uusia kvanttimekaniikkaan perustuvia mittausmenetelmiä, jotka ovat tavanomaisia menetelmiä tarkempia. Kansainvälinen ryhmä tutkijoita Tampereen yliopistosta ja Kanadan kansallisesta tutkimusneuvostosta on osoittanut, kuinka fotonien pyörimistä voidaan mitata tarkemmin kaksifotonisilla N00N-tiloilla kuin vastaavilla klassisilla valonsäteillä. Ryhmän tutkimustulokset on julkaistu arvostetussa Physical Review Letters – lehdessä.
– Kokeellisessa tutkimuksessamme esittelemme yksinkertaisen tekniikan, jolla kahden fotonin poikittaisrakenteiden kvanttitiloja voidaan räätälöidä eri käyttötarkoituksiin. Menetelmä avaa uusia mahdollisuuksia kvanttimetrologian tekniikoiden kehittämiseen ja testaamiseen, kertoo artikkelin ensimmäinen kirjoittaja, tohtoriopiskelija Markus Hiekkamäki Tampereen yliopistosta.
Kohti kvanttimekaniikan asettamaa maksimimittaustarkkuutta
Uusi menetelmä hyödyntää kahden fotonin välistä interferenssiä eli fotonien kasautumista. Toisin kuin ilmiön yleisimmässä esimerkissä, jossa fotonit kasautuvat samaan valonsäteen suuntaan, uudessa menetelmässä ne kasautuvat samaan poikittaisrakenteeseen.
– Kvantti-interferenssin seurauksena kaksi fotonia lomittuu. Tämän tilan fotonipari antaa paremman mittaustarkkuuden pyörimiselle verrattaessa samaan määrään yksittäisiä fotoneita tai laservaloa. Mittaustuloksillamme osoitimme, että esitellyn menetelmän avulla on mahdollista saavuttaa kvanttimekaaninen raja mittalaitteen herkkyydessä, sanoo tenure track -professori Robert Fickler, joka johtaa Experimental Quantum Optics -tutkimusryhmää Tampereen yliopistossa.
Menetelmä mahdollistaa sekä valon pyörimisen mittauksen että monenlaisten muiden kvanttitilojen luomisen valon poikittaisrakenteilla. Tästä syystä menetelmää voidaan hyödyntää monien erilaisten systeemien ominaisuuksien mittaamisessa sekä valon monifotonisten kvanttitilojen testaamisessa.
Seuraavaksi tutkijat aikovat hyödyntää uutta menetelmää tutkiakseen eri kvanttitilojen Gouy-vaiheetta, joka on yksi aaltojen perusominaisuuksista. Lisäksi he tutkivat kuinka menetelmää voitaisiin soveltaa muissakin kvanttiteknologiaan perustuvissa mittausmenetelmissä kuin pyörimisen mittauksessa.
Lue Physical Review Letters -lehdessä ilmestynyt artikkeli Photonic Angular Superresolution Using Twisted N00N States.
Lisätietoja
Markus Hiekkamäki
markus.hiekkamaki [at] tuni.fi
