Hassas metroloji, biyogörüntüleme, yarı iletken kusur teşhisi ve uzay teleskopu gözlemleri de dahil olmak üzere ileri bilim ve teknoloji için temel bir temel oluşturur. Ancak metrolojide kullanılan sensör teknolojileri şu ana kadar standart kuantum sınırı olarak bilinen fiziksel bir engelle karşı karşıya kaldı.
Bu sınırı aşmak için umut verici bir alternatif, dağıtılmış kuantum sensörüdür; bu teknoloji, mekansal olarak ayrılmış birden fazla sensörü tek, büyük ölçekli bir kuantum sistemine bağlayarak son derece hassas ölçümlere olanak tanır. Bugüne kadar çabalar öncelikli olarak hassasiyeti artırmaya odaklanmışken, bu yaklaşımı yüksek çözünürlüklü görüntülemeye genişletme potansiyeli henüz tam olarak ortaya konmamıştır.
Dr. Hyang-Tag Lim’in Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (KIST) Kuantum Teknolojisi Merkezi’ndeki araştırma ekibi, dünyanın ilk ultra yüksek çözünürlüklü dağıtılmış kuantum sensör ağını gösterdi. Çalışma dergide yayınlandı Fiziksel İnceleme Mektupları.
Ekip, çok modlu N00N durumu olarak bilinen özel bir kuantum dolaşmış durumu dağıtılmış sensörlere uygulayarak hem hassasiyet hem de çözünürlükte eş zamanlı iyileştirme elde etti.
Dağıtılmış kuantum sensörleri üzerinde yapılan önceki çalışmalar, öncelikle hassasiyeti artırabilen ancak girişim desenlerinin ince ayrımını gerektiren yüksek çözünürlüklü ölçümlerle sınırlı olan tek foton dolaşmış durumlarına dayanıyordu.
KIST araştırmacıları tarafından kullanılan çok modlu N00N durumu, çok daha yoğun girişim saçakları üreten, belirli yollar boyunca dolaşan birden fazla fotonu içerir. Sonuç olarak çözünürlük önemli ölçüde artarken, en küçük fiziksel değişiklikler bile yüksek hassasiyetle tespit edilebiliyor.
Teknik, yalnızca kuantum teknolojisiyle elde edilebilecek en yüksek hassasiyet düzeyi olan Heisenberg sınırına yaklaşmakla kalmıyor, aynı zamanda süper çözünürlüklü görüntülemedeki uygulamalar için potansiyel ortaya koyuyor.
Bu başarı özellikle önemlidir, çünkü Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa ülkeleri de dahil olmak üzere büyük gelişmiş ülkelerin kuantum sensörlerini yeni nesil stratejik teknoloji olarak belirlediği ve bu alanda önemli yatırımlar yaptığı bir dönemde Kore’nin uluslararası rekabet gücünü güvence altına alabileceğini göstermektedir.
Ekip, dört yol moduna dolaşmış iki fotonlu çok modlu bir N00N durumu oluşturdu ve bunu iki farklı faz parametresini aynı anda ölçmek için kullandı.
Sonuç olarak, geleneksel yöntemlere kıyasla yaklaşık %88 daha yüksek hassasiyet (2,74 dB iyileştirme) elde ederek, yalnızca teoride değil deneyde de Heisenberg sınırına yaklaşan bir performans sergilediler.
Başarı, yaşam bilimleri, yarı iletken endüstrisi, hassas tıp ve uzay gözlemi dahil olmak üzere hassas metroloji gerektiren alanlardaki uygulamalar için geniş bir potansiyele sahiptir.
Örneğin, geleneksel mikroskoplarla çözülmesi zor olan hücre altı mikro yapıların yüksek netlikte görüntülenmesini, yarı iletken devrelerdeki nanometre ölçeğindeki kusurların tespitini ve normal teleskoplarla bulanık görünecek uzak astronomik yapıların hassas bir şekilde gözlemlenmesini sağlayabilir.
KIST’ten Dr. Hyang-Tag Lim, “Bu başarı, kuantum dolaşma teknolojisine dayanan pratik kuantum sensör ağlarının potansiyelini gösteren önemli bir dönüm noktasına işaret ediyor” dedi.
“Gelecekte, silikon fotonik tabanlı kuantum çip teknolojisiyle birleştirildiğinde, çok çeşitli günlük uygulamalara uygulanabilir.”
