La recherche sur l’ingénierie quantique peut apporter un certain nombre d’avancées significatives dans la technologie des capteurs, mais la perte optique et le bruit du signal ont, jusqu’à récemment, freiné ces applications. Dans « Modèle réaliste de détection améliorée par enchevêtrement dans les fibres optiques » publié dans Optique Express plus tôt cette année, le groupe de recherche sur l’optique et la photonique de CU Boulder et leurs partenaires prédisent et démontrent des avancées significatives dans la télédétection à base de fibres et l’amélioration quantique et le sondage de matériaux photosensibles.
Le groupe, sous la direction d’Alfred et Betty T. Look, professeur doté Juliet Gopinath du Département de génie électrique, informatique et énergétique, a modélisé la perte interne, le bruit de phase externe et l’inefficacité d’un interféromètre Mach-Zehnder, mais a utilisé une source de fibre pratique qui a créé des états intriqués de Holland-Burnett à partir du vide comprimé à deux modes. Cela a considérablement réduit les limites de la perte interne et du bruit de phase et a démontré les gains potentiels d’une approche quantique de la sensibilité.
Le groupe a découvert qu’une source de vide comprimé à deux modes fournit environ 25 fois plus de flux de photons que des sources intriquées comparables et a prédit que la sensibilité de phase peut augmenter jusqu’à 28 % au-dessus de la limite de bruit de tir.
Greg Krueper est étudiant diplômé du groupe de recherche en optique et photonique et premier auteur de l’article. Lorsqu’il était étudiant de premier cycle, il a travaillé sur des projets de conception de capteurs. En tant que doctorat. candidat étudiant sous Gopinath, il a découvert les améliorations potentielles que la physique quantique pourrait apporter aux capteurs optiques.
« À ce moment-là, la physique quantique n’est pas simplement devenue quelque chose à apprendre et à travailler, mais à exploiter et à concevoir à notre avantage », a déclaré Krueper. « La lecture de la littérature sur la détection améliorée par enchevêtrement a révélé un écart substantiel entre voir la physique en laboratoire et utiliser ces observations dans un capteur pratique. Nous voulions explorer ce qu’il faudrait exactement pour créer un tel capteur, et à quel point cela serait difficile. être. »
Alors que les effets du bruit de phase et des pertes optiques dans les versions classiques et quantiques du capteur étaient auparavant modélisés, les travaux du groupe Gopinath étaient uniques en ce sens qu’ils les intégraient dans un modèle unique.
« Nos résultats mettent en évidence certains points subtils sur la fabrication d’un capteur pratique utilisant la technique générale de l’interférométrie à photons intriqués », a déclaré Krueper. « Nous avons également attiré l’attention sur l’idée ouverte et largement inexplorée d’utiliser ces méthodes de détection avec des capteurs à fibre optique, ce qui élargirait considérablement la gamme d’applications de la technique. »
Le professeur de recherche adjoint Lior Cohen a attribué à Krueper un crédit unique pour la conception et la programmation du modèle, le calcul des résultats et le travail sur le papier. Cohen a joué un rôle consultatif sur le projet.
« J’ai été inspiré par les résultats contre-intuitifs de la mécanique quantique », a déclaré Cohen, citant le désir de s’attaquer à ces expériences. « Pour poursuivre ce travail, nous prévoyons de développer des capteurs de température longue distance à amélioration quantique dans les fibres. »
La recherche a été réalisée en collaboration avec les co-auteurs Stephen Libby et Charles Yu du Lawrence Livermore National Laboratory et Robert Mellors de l’Université de Californie à San Diego.
Plus d’information:
Gregory Krueper et al, Modèle réaliste de détection améliorée par enchevêtrement dans les fibres optiques, Optique Express (2022). DOI : 10.1364/OE.451058