Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки (KRISS) разработал новую технологию квантового датчика, которая позволяет измерять возмущения в инфракрасной области с помощью видимого света, используя явление квантовой запутанности. Это позволит проводить недорогие и высокопроизводительные ИК-оптические измерения, которые раньше сопровождались ограничениями в получении качественных результатов.
Работа опубликована в журнале Quantum Science and Technology.
Когда пара фотонов, наименьшая единица световых частиц, связана квантовой запутанностью , они разделяют связанное квантовое состояние независимо от их соответствующего расстояния. Недавно разработанный необнаруженный квантовый датчик фотонов представляет собой удаленный датчик, который использует два источника света, которые воссоздают такую квантовую запутанность.
Необнаруженный фотон (холостой) относится к фотону, который движется к цели измерения и возвращается обратно. Вместо того, чтобы напрямую измерять этот фотон, необнаруженный фотонный датчик измеряет другой фотон пары, которая связана квантовой запутанностью, чтобы получить информацию о цели.
Квантовое зондирование, основанное на необнаруженных фотонах, — это зарождающаяся технология, которая была реализована только в последнее десятилетие. Поскольку технология все еще находится на ранней стадии развития, мировое исследовательское сообщество продолжает активно участвовать в гонке разработок. Необнаруженный квантовый датчик фотонов, разработанный KRISS, отличается от предыдущих исследований основными фотометрическими устройствами — фотодетектором и интерферометром.
Фотодетектор — это устройство, которое преобразует свет в выходной электрический сигнал. Существующие высокопроизводительные фотодетекторы в значительной степени ограничивались полосой пропускания видимого света. Хотя длины волн в инфракрасном диапазоне полезны для измерений в различных приложениях во многих областях, доступных детекторов либо не было, либо были только детекторы с плохими характеристиками.
Это последнее исследование KRISS позволило использовать детекторы видимого света для измерения состояния света в инфракрасном диапазоне, что обеспечивает эффективные измерения без необходимости дорогостоящего и энергоемкого оборудования. Его можно использовать в широком спектре приложений, включая неразрушающее измерение трехмерных структур, биометрию и анализ газовых составов.
Еще одним важным элементом прецизионных оптических измерений является интерферометр — устройство, которое получает сигналы путем объединения нескольких лучей света, проходящих по разным путям. Обычные квантовые датчики необнаруженных фотонов в основном используют простые интерферометры Майкельсона, которые используют простые пути света, что ограничивает количество целей, которые можно измерить.
Датчик, разработанный KRISS, реализует гибридный интерферометр, который может гибко изменять пути света в зависимости от целевого объекта, что значительно улучшает масштабируемость. Таким образом, датчик пригоден для адаптации к различным требованиям окружающей среды, поскольку его можно модифицировать в зависимости от размера или формы измеряемого объекта.
Группа квантовой оптики KRISS представила теоретический анализ факторов, определяющих ключевые показатели производительности квантовых датчиков, и эмпирически продемонстрировала их эффективность с использованием гибридного интерферометра.
Исследовательская группа отразила свет в инфракрасном диапазоне на трехмерный образец, который нужно было измерить, и измерила запутанные фотоны в видимом диапазоне, чтобы получить изображение образца, включая его глубину и ширину. Команда успешно реконструировала трехмерное инфракрасное изображение на основе измерений, проведенных в видимом диапазоне.
Пак Хи Су, руководитель группы квантовой оптики в KRISS, сказал: «Это прорывной пример, который преодолел ограничения обычного оптического зондирования, используя принципы квантовой оптики». Он добавил, что KRISS «продолжит дальнейшие исследования по практическому применению технологии за счет сокращения времени измерения и увеличения разрешения датчика».
