Схема стратегии обнаружения, при которой сжатая гребенка исследует газ с частотно-зависимой передачей η. Зонд генерируется путем вытеснения широкополосного сжатого состояния вакуума |ξ⟩ когерентным состоянием |α⟩ с использованием светоделителя с высокой отражающей способностью (BS), за которым следует фазовый модулятор (PM). Система обнаружения состоит из сбалансированного гомодинного детектора (HD) с перестраиваемым по фазе гетеродином (LO), за которым следует анализатор спектра (SA).
Авторы и права: Письма с физическим обзором (2023 г.). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.133602

Был предложен новый инновационный метод для обнаружения и характеристики молекул с большей точностью, прокладывающий путь к значительным достижениям в мониторинге окружающей среды, медицинской диагностике и промышленных процессах.

Новый метод квантового зондирования, предложенный физиком из Бристольского университета, основан на работе лауреатов Нобелевской премии по физике 2005 года Джона Холла и Теодора Хэнша, которые разработали метод частотной гребенки для точного измерения оптических частот. Частотные гребенки используются во многих областях науки и промышленности для характеристики материи на основе уникального способа поглощения света.

Однако точность оптической гребенчатой спектроскопии ограничена фундаментальным уровнем шума, присутствующим во всех лазерах и других классических источниках света. Квантовое состояние с уменьшенным шумом, называемое «сжатым светом», может преодолеть это ограничение и было использовано для повышения чувствительности детекторов гравитационных волн.

В статье, опубликованной в Physical Review Letters, показано, что сжатый свет значительно подавляет шум в широком диапазоне частот гребенки, используемых для исследования поглощающей молекулы.

Автор Алекс Белсли, доктор квантовой инженерии, студент, сказал: «Эта работа предлагает новый метод мониторинга газовых соединений на месте и с высокой точностью. Квантовое преимущество в зондировании может быть реализовано сегодня, и я воодушевлен преобразующим воздействием, которое квантово-усиленные датчики окажут на наше общество в ближайшие годы».

Иллюстрация гребенки оптических частот, исследующей молекулы газа. Кредит: Алекс Белсли

Этот новый подход потенциально может обеспечить более чем десятикратное улучшение пределов обнаружения. Помимо возможности характеризовать различные типы газов при сверхнизких концентрациях, он также может определять важные свойства, такие как температура и давление, с высокой чувствительностью.

Профессор Джонатан Мэтьюз, содиректор Лаборатории квантовых инженерных технологий и доктор философии Алекса Белсли, советник, сказал: «Улучшенные датчики важны для нашего будущего. Здравоохранение, производство, мониторинг окружающей среды и сама новая наука — все выигрывают от достижений в области измерения физических свойств. Работа Алекса показывает, как сжатый свет может улучшить частотную гребенчатую спектроскопию — следующий шаг заключается в дальнейших исследованиях с помощью экспериментов в лаборатории».