Ein internationales Team von Ingenieuren und Physikern hat eine Möglichkeit gefunden, Quantenlicht zu verwenden, um die Leistung der Spektroskopie in der Spitzenreiterin zu verbessern.
Ihre neue Technik ermöglicht Messungen von infrarot elektrischen Feldern, die doppelt so empfindlich sind wie frühere Entwicklungen in einem Prozess, der als Zeit-Domänen-Spektroskopie bezeichnet wird.
Die Forscher sagen, dass ihre Arbeit dazu beitragen könnte, neue Anwendungen in Bezug auf Sicherheit und medizinische Diagnose zu eröffnen.
Derzeit verwendet die Zeitdomänenspektroskopie ultrakreiche Laserlichtimpulse, die durch Materialproben durchlaufen oder reflektiert werden. Der Prozess ermöglicht genaue Messungen der molekularen Zusammensetzung des Materials über die Zeit, was mit anderen Formen der Spektroskopie nicht möglich ist.
Jüngste Untersuchungen aus dem Team von Nobelpreisträgern 2023, Ferenc Krausz ‚Team, zeigten, dass Zeitdomänenspektroskopie verwendet werden konnte, um frühe Anzeichen von Krankheiten wie Krebs in Blutproben nachzuweisen.
Die Abhängigkeit von Zeitdomänenspektroskopie in klassische Lichtquellen zur Prüfproben hat jedoch die Auflösung aufgrund einer Eigenschaft des als „Schussrauschens“ bekannten Laserlichts eingeschränkt. Diese inhärente Einschränkung des klassischen Lichts bedeutet, dass das Rauschen über einen bestimmten Punkt hinaus das Signal überholt und weitere Informationen über die Zusammensetzung der Proben nicht wiederhergestellt werden können.
Die Neuentwicklung des Teams verwendet Quantenlicht, um über die Grenzen des klassischen Lichts hinauszugehen. Sie verwendeten Paare von Laserimpulsen, die durch die Quantenmechanik miteinander geschworen wurden, um ein Infrarotfeld zu untersuchen.
Während beide Strahlen durch Schussrauschen beeinflusst werden, spiegelt sich der Gehalt des Rauschens in beiden gleichermaßen wider. Wenn die Ergebnisse der Messungen eines Strahls von den anderen abgezogen werden, werden Signale gezeigt, die durch Schussrauschen im klassischen Licht verborgen würden, wodurch empfindlichere Messungen ermöglicht werden. Das Team sagt, dass ihr neuer Ansatz ungefähr halb so laut ist wie die Ergebnisse der Zeitdomänenspektroskopie, die durch klassisches Licht erzeugt werden, was es doppelt so empfindlich macht.
Professor Matteo Clerici von der James Watt School of Engineering der Universität von Glasgow und der Universität von Insubria ist der entsprechende Autor der Zeitung. Er sagte: „Obwohl sich die Technologie immer noch entwickelt, könnte uns in der zukünftigen Zeitdomänenspektroskopie helfen, besser zu verstehen, aus welchen Materialien Verunreinigungen oder Spuren von gefährlichen Material Krankheiten bei Blutproben der Patienten.
„Wir arbeiten seit mehreren Jahren daran, Quantenmessungstechniken auf die Zeitdomänenspektroskopie anzuwenden, und dieses Papier zeigt die Wirksamkeit der Quantenstrahlung zur Erhöhung der Empfindlichkeit der Technik.
„Glasgow Ph.D. Students Dionyyse Adamou und Lennart Hirsch haben hart gearbeitet, um dies zu erreichen Anpassung von Interferometrie -Techniken wie diejenigen, die in Gravitationswellendetektoren verwendet werden, um die Empfindlichkeit des Prozesses zu verbessern. „
Forscher der Loughborough University und der University of Strathclyde trugen ebenfalls zur Entwicklung der neuen Technik bei. Das Papier des Teams mit dem Titel „Quantenverstärkte Zeitdomänenspektroskopie“ ist veröffentlicht In Wissenschaft Fortschritte.
Weitere Informationen:
Dionyse Adamou et al., Quantenverstärkte Zeit-Domänen-Spektroskopie, Wissenschaft Fortschritte (2025). Doi: 10.1126/sciadv.adt2187