Forscher der Universität Portsmouth haben ein Quantensensorsystem vorgestellt, das den Gipfel der Quantenempfindlichkeit bei der Messung der transversalen Verschiebung zwischen zwei interferierenden Photonen erreicht.
Diese neue Technik hat das Potenzial, hochauflösende Bildgebungstechniken zu verbessern, die bereits Einzelphotonenquellen als Sonden für die Lokalisierung und Verfolgung biologischer Proben verwenden, wie beispielsweise die Einzelmolekül-Lokalisierungsmikroskopie mit Quantenpunkten.
Traditionell wurde das Erreichen ultrahoher Präzision bei nanoskopischen Techniken durch die Einschränkungen standardmäßiger Bildgebungsmethoden wie die Beugungsgrenze von Kameras und stark vergrößernden Objektiven eingeschränkt. Dieses neue Quantensensorsystem umgeht diese Hindernisse jedoch und ebnet den Weg für ein beispielloses Maß an Präzision.
Das Herzstück dieser Innovation ist eine interferometrische Technik, die nicht nur eine beispiellose räumliche Präzision erreicht, sondern auch unabhängig von der Überlappung zwischen verschobenen photonischen Wellenpaketen ihre Wirksamkeit beibehält. Die Präzision dieser Technik verringert sich nur geringfügig, wenn es um Photonen mit unterschiedlichen nichträumlichen Freiheitsgraden geht, was einen erheblichen Fortschritt in der quantenverstärkten räumlichen Empfindlichkeit darstellt.
Der Co-Autor der Studie, Professor Vincenzo Tamma, Direktor des Quantum Science and Technology Hub, sagte: „Diese Ergebnisse werfen ein neues Licht auf die messtechnische Leistungsfähigkeit der räumlichen Zwei-Photonen-Interferenz und können den Weg für neue hochpräzise Sensortechniken ebnen.“
„Weitere potenzielle Anwendungen für die Forschung könnten in der Entwicklung von Quantensensortechniken für die hochpräzise Refraktometrie und Lokalisierung astrophysikalischer Körper sowie hochpräziser Multiparameter-Sensorsysteme, einschließlich 3D-Quantenlokalisierungsmethoden, liegen.“
Die Studie ist veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Untersuchung.
Mehr Informationen:
Danilo Triggiani et al., Abschätzung mit höchster Quantenpräzision der Querverschiebung zwischen zwei Photonen mittels Zwei-Photonen-Interferenz-Abtastmessungen, Briefe zur körperlichen Untersuchung (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.180802