Kwantumverstrengeling wordt voor het eerst gebruikt om de rotatie van de aarde te meten

Een groep natuurkundigen is erin geslaagd de rotatie van de aarde te meten met behulp van fotonen – lichtdeeltjes – die een vreemd kwantumfenomeen hebben ervaren dat verstrengeling wordt genoemd. Hierdoor kunnen ze de nauwkeurigheid van de meting duizend keer vergroten, en kunnen ze worden gebruikt om fundamentele natuurkundige vragen te onderzoeken.

Je vraagt ​​je waarschijnlijk af waarom dit niet eerder is gebruikt. Het antwoord is dat kwantumverstrengeling een zeer delicate toestand is. Twee deeltjes raken verstrengeld en behoren plotseling tot één enkele toestand. Hoe ver ze ook van elkaar verwijderd zijn, de interactie met de een zal de ander beïnvloeden – maar de toestand kan verstoord worden en de moleculen komen allemaal weer offline.

Er is een manier om rotatie met licht te meten met behulp van een instrument dat een Sagnac-interferometer wordt genoemd. Licht wordt in tegengestelde richtingen door een ring gestuurd en door de rotatie van het systeem keert één kant op verschillende tijdstippen terug naar het begin. Als het licht in kwestie een paar verstrengelde fotonen zou zijn die in tegengestelde richtingen gaan, zou er iets heel vreemds gebeuren. Het is alsof hetzelfde licht tegelijkertijd in beide richtingen wordt gestuurd en de tijdsvertraging tussen de twee wordt verdubbeld.

Om te profiteren van deze eigenschap, die superresolutie wordt genoemd, stuurden onderzoekers van de Universiteit van Wenen verstrengelde fotonen door een 2 kilometer lange optische vezel, georganiseerd in een ring. Ze slaagden erin het geluid van het systeem urenlang laag en stabiel te houden, waardoor de verstrengelde fotonen de reis er doorheen konden overleven.

Zo’n apparaat is ontworpen om de rotatie effectief te meten, en de rotatiebron bevindt zich onder onze voeten. de aarde. Ten slotte tilt dit apparaat de kwantummechanica naar een niveau van gevoeligheid dat voorheen alleen werd bereikt met standaard niet-verstrengeld licht.

“Dit vertegenwoordigt een belangrijke gebeurtenis in een eeuw sinds de eerste waarneming van de rotatie van de aarde met licht, waarbij de verstrengeling van individuele lichtkwanta uiteindelijk dezelfde sensorsystemen binnendrong”, zegt co-auteur Haokun Yu, die als Marie aan dit experiment werkte. . – Corey, een postdoctoraal onderzoeker, zei in A stelling.

Maar in feite was het meten van de rotatie van de aarde niet het doel van dit apparaat. De Sagnac-interferometer is ontworpen als een middel om de rotatie van systemen nauwkeurig te meten, onafhankelijk van de rotatie van de aarde. Om deze reden moest het team een ​​manier vinden om de spin veroorzaakt door een roterende planeet te isoleren.

“De essentie van de zaak is het vaststellen van een referentiepunt voor onze metingen, waar het licht niet wordt beïnvloed door de invloed van de rotatie van de aarde. Omdat we niet kunnen stoppen… [Earth] “Vanuit de spin hebben we een alternatieve oplossing bedacht: de optische vezel in twee spoelen van gelijke lengte splitsen en deze via een optische schakelaar met elkaar verbinden”, legt hoofdauteur Raffaele Silvestri uit.

Deze oplossing, die in wezen een schakelaar op het apparaat had, stelde hen in staat het rotatiesignaal van de aarde te neutraliseren. “We hebben het licht feitelijk laten denken dat het in een niet-roterend universum bestaat”, vervolgde Silvestri.

Deze prestatie is de eerste stap naar een nieuwe manier om rotatie te meten, en niet alleen dat; Onderzoekers hebben hoge verwachtingen van mogelijke toekomstige toepassingen.

Hoofdauteur Philipp Walther voegde hieraan toe: “Ik geloof dat onze resultaten en methodologie de weg zullen vrijmaken voor verdere verbeteringen in de spingevoeligheid van op verstrengeling gebaseerde sensoren. Dit zou de weg kunnen openen voor toekomstige experimenten die het gedrag van kwantumverstrengeling door middel van ruimte-tijdcurven testen. ” .

Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Vooruitgang van de wetenschap.