Gjennombrudd baner vei for fotonisk sansing ved den ultimate kvantegrensen

Et Bristol-ledet team av fysikere har funnet en måte å betjene masseproduserbare fotoniske sensorer ved kvantegrensen. Dette gjennombruddet baner vei for praktiske anvendelser som overvåking av klimagasser og kreftdeteksjon.

Sensorer er en konstant del av hverdagen vår. Selv om de ofte ikke blir oppfattet, gir sensorer viktig informasjon som er viktig for moderne helsevesen, sikkerhet og miljøovervåking. Moderne biler alene inneholder over 100 sensorer og dette tallet vil bare øke.

Kvanteregistrering er klar til å revolusjonere dagens sensorer, og øke ytelsen de kan oppnå betydelig. Mer presise, raskere og pålitelige målinger av fysiske mengder kan ha en transformativ effekt på alle områder innen vitenskap og teknologi, inkludert våre daglige liv.

Imidlertid er flertallet av kvantesansing ordninger er avhengige av spesielle sammenfiltrede eller sammenklemte tilstander av lys eller materie som er vanskelige å generere og oppdage. Dette er et stort hinder for å utnytte den fulle kraften til kvantebegrensede sensorer og distribuere dem i virkelige scenarier.

I en artikkel publisert i Fysiske gjennomgangsbrevhar et team av fysikere ved universitetene i Bristol, Bath og Warwick vist at det er mulig å utføre høypresisjonsmålinger av viktige fysiske egenskaper uten behov for sofistikerte kvantetilstander av lys og deteksjonsskjemaer.

Nøkkelen til dette gjennombruddet er bruken av ringresonatorer – bittesmå racerbanestrukturer som leder lyset i en sløyfe og maksimerer interaksjonen med prøven som studeres. Viktigere er at ringresonatorer kan masseproduseres ved å bruke de samme prosessene som brikkene i våre datamaskiner og smarttelefoner.

Alex Belsley, Quantum Engineering Technology Labs (QET Labs) Ph.D. student og hovedforfatter av arbeidet, sa: “Vi er ett skritt nærmere alle integrerte fotoniske sensorer som opererer ved grensene for deteksjon som er pålagt av kvantemekanikk.”

Å bruke denne teknologien for å registrere endringer i absorpsjon eller brytningsindeks kan brukes til å identifisere og karakterisere et bredt spekter av materialer og biokjemiske prøver, med aktuelle applikasjoner fra overvåking drivhusgasser for å oppdage kreft.

Førsteamanuensis Jonathan Matthews, meddirektør for QETLabs og medforfatter av arbeidet, uttalte: “Vi er virkelig begeistret over mulighetene dette resultatet gir: vi vet nå hvordan vi bruker masseproduserbare prosesser for å konstruere fotoniske sensorer i brikkeskala som opererer på de begrense beløpet.”

---

---