Quantum lig squeezes die geraas uit mikroskopie seine

Navorsers gebruik kwantumoptika om vooraf state-of-the-art mikroskopie en verlig 'n pad na die opsporing van materiaal eienskappe met 'n groter sensitiwiteit as moontlik is met tradisionele instrumente.

"Ons het gewys hoe om benoud lig, 'n monster van kwantum inligting wetenskap gebruik, as 'n praktiese hulpbron vir mikroskopie," sê Ben Lawrie van ORNL se Materials Science and Technology Division, wat die navorsing gelei met Raphael Pooser van ORNL se Computational en Ingenieurswese Afdeling. "Ons gemeet die verplasing van 'n atoom krag mikroskoop microcantilever met sensitiwiteit beter as die standaard kwantum limiet."

In teenstelling met vandag se klassieke mikroskope, Pooser en Lawrie se kwantum mikroskoop vereis kwantumteorie om sy sensitiwiteit te beskryf. Die nie-lineêre versterkers in mikroskoop ORNL se genereer 'n spesiale kwantum lig bron bekend as benoud lig.

"Stel jou voor 'n vaag prentjie," sê Pooser. "Dit is raserig en 'n paar fyn besonderhede weggesteek. Klassieke, lawaaierige lig jou verhinder om te sien dié besonderhede. A 'benoud' weergawe is minder vaag en toon fyn besonderhede wat ons nie kan sien voor as gevolg van die geraas." Hy het bygevoeg: "Ons kan 'n uitgedrukte ligbron plaas gebruik van 'n laser om die geraas in ons sensor Readout te verminder."

Die microcantilever van 'n atoom krag mikroskoop is 'n miniatuur duikplank wat metodies skanderings 'n monster en draaie wanneer dit sintuie fisiese veranderinge. Met student-interns Nick Savino, Emma Batson, Jeff Garcia en Jakob Beckey, Lawrie en Pooser het getoon dat die kwantum mikroskoop hulle uitgevind die verplasing van 'n microcantilever met 50% beter sensitiwiteit kan meet as wat klassiek moontlik. Vir een sekonde lank metings, die kwantum verbeterde sensitiwiteit was 1,7 femtometers, omtrent twee keer die deursnee van 'n koolstof kern.

"Benoud lig bronne is gebruik om kwantum verbeterde sensitiwiteit vir die opsporing van gravitasiegolwe wat gegenereer word deur swart gat samesmeltings voorsien," sê Pooser. "Ons werk is om aan hierdie kwantum sensors vertaal uit die kosmologiese skaal om die nanoskaal."

Hul benadering tot kwantum mikroskopie staatmaak op beheer van die golwe van die lig. Wanneer golwe kombineer, kan hulle konstruktief meng, wat beteken dat die amplitudes van pieke toe te voeg tot die gevolglike golf groter maak. Of hulle kan vernietigend inmeng, wat beteken dat trog amplitudes aftrek van piek amplitudes om die gevolglike golf kleiner maak. Hierdie effek kan gesien word in golwe in 'n dam of in 'n elektromagnetiese golf van lig soos 'n laser.

advertensie

bron: DOE/Oak Ridge National Laboratory. "Quantum light squeezes the noise out of microscopy signals." ScienceDaily. ScienceDaily, 8 September 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/09/200908122545.htm>.