Une nouvelle technique innovante pour détecter et caractériser les molécules avec plus de précision a été proposée, ouvrant la voie à des avancées significatives dans la surveillance environnementale, les diagnostics médicaux et les procédés industriels.
La nouvelle méthode de détection quantique, proposée par un physicien de l’Université de Bristol, s’appuie sur les travaux des lauréats du prix Nobel de physique 2005 John Hall et Theodor Hänsch qui ont développé une technique de peigne de fréquence pour mesurer avec précision les fréquences optiques. Les peignes de fréquence sont déployés dans de nombreux domaines scientifiques et industriels pour caractériser la matière en fonction de la manière unique dont la lumière est absorbée.
Cependant, la précision de la spectroscopie en peigne optique est limitée par un niveau fondamental de bruit présent dans tous les lasers et autres sources de lumière classiques. Un état quantique avec un bruit réduit appelé « lumière comprimée » peut surmonter cette limitation et a été exploité pour améliorer la sensibilité des détecteurs d’ondes gravitationnelles.
Dans un article publié dans Lettres d’examen physiqueil a été démontré que la lumière comprimée supprime de manière significative le bruit sur un large ensemble de fréquences de peigne utilisées pour sonder une molécule absorbante.
Auteur Alex Belsley, Ph.D. en génie quantique. étudiant, a déclaré: « Ce travail propose une nouvelle méthode pour surveiller les espèces de gaz in situ et avec une grande précision. L’avantage quantique dans la détection peut être réalisé aujourd’hui et je suis ravi de l’impact transformateur que les capteurs à amélioration quantique auront sur notre société dans le années à venir. »
Cette nouvelle approche pourrait potentiellement permettre d’améliorer plus de dix fois les limites de détection. En plus de permettre la caractérisation de différents types de gaz à des concentrations ultra-faibles, il peut également déterminer des propriétés importantes telles que la température et la pression avec une sensibilité élevée.
Le professeur Jonathan Matthews, codirecteur des laboratoires de technologie d’ingénierie quantique et du doctorat d’Alex Belsley. conseiller, a déclaré: « De meilleurs capteurs sont importants pour notre avenir. Les soins de santé, la fabrication, la surveillance de l’environnement et la nouvelle science elle-même, bénéficient tous des progrès dans la façon dont nous mesurons les propriétés physiques. Le travail d’Alex montre comment la lumière comprimée peut améliorer la spectroscopie en peigne de fréquence – la prochaine étape est d’explorer plus avant avec des expériences en laboratoire. »
Plus d’information:
Alexandre Belsley, Spectroscopie d’absorption améliorée quantique avec des peignes de fréquence compressés brillants, Lettres d’examen physique (2023). DOI : 10.1103/PhysRevLett.130.133602