Giroscopi in fibra ottica, che misurano la rotazione e l'orientamento di aeroplani e altri oggetti in movimento, sono intrinsecamente limitati nella loro precisione quando si utilizza la luce classica ordinaria. In un nuovo studio, i fisici hanno dimostrato sperimentalmente per la prima volta che l'uso di fotoni entangled supera questo limite classico, chiamato il limite del rumore di sparo, e raggiunge un livello di precisione che non sarebbe possibile con la luce classica.

I fisici, guidato da Matthias Fink e Rupert Ursin presso l'Accademia austriaca delle scienze e il Centro di Vienna per la scienza e la tecnologia quantistica, hanno pubblicato un articolo sul giroscopio a fibre ottiche potenziato dall'entanglement in un recente numero del Nuovo Giornale di Fisica .

"Abbiamo dimostrato che la generazione di fotoni entangled ha raggiunto un livello di maturità tecnica che ci consente di eseguire misurazioni con accuratezza del rumore sub-shot in ambienti difficili, "Fink ha detto Phys.org .

I giroscopi a fibre ottiche (FOG) sono simili ai familiari giroscopi rotanti spesso venduti come giocattoli, poiché entrambi i tipi di giroscopi misurano la rotazione di un oggetto. Però, i due dispositivi funzionano con meccanismi diversi:i FOG non hanno parti in movimento, e invece fai le loro misurazioni usando la luce.

Mentre i giroscopi rotanti sono stati sviluppati nel 19 ^ns secolo, I FOG sono stati introdotti alla fine degli anni '70 e si basano sull'effetto Sagnac osservato per la prima volta da Georges Sagnac nel 1913. All'epoca, Sagnac sperava di rilevare il mezzo etereo attraverso il quale si pensava che la luce si propagasse, ma invece il suo esperimento divenne uno dei test fondamentali a sostegno della teoria della relatività.

L'effetto Sagnac si verifica quando due raggi di luce viaggiano attorno a un anello in direzioni diverse in un interferometro. Quando l'interferometro è a riposo, entrambe le travi impiegano lo stesso tempo per attraversare l'anello, ma quando l'interferometro inizia a ruotare, il raggio che si muove attorno all'anello nel senso di rotazione percorrerà una distanza maggiore, e quindi impiegare più tempo, per raggiungere il rivelatore rispetto all'altro raggio. Questa differenza di tempo si traduce in una differenza di fase tra i due raggi.

La precisione con cui un FOG può misurare questa differenza di fase determina la precisione della misurazione della rotazione complessiva. La precisione di una nebbia è limitata da diverse fonti di rumore, con il contributo principale che è il rumore di sparo. Il rumore di ripresa è dovuto alla quantizzazione dei fotoni. Quando i singoli fotoni passano attraverso il dispositivo, la loro natura discreta fa sì che il flusso non sia perfettamente regolare, con conseguente rumore bianco. Sebbene il rumore dello sparo possa essere ridotto aumentando la potenza (la velocità di passaggio dei fotoni), una potenza maggiore aumenta altri tipi di rumore, con conseguente trade-off.

Per superare il limite del rumore di sparo, nel nuovo studio i fisici hanno utilizzato coppie di fotoni entangled che si trovano in una sovrapposizione dei due modi, in modo che entrambi i fotoni entangled viaggino effettivamente attraverso l'anello in entrambe le direzioni. L'entanglement si traduce in una significativa riduzione della lunghezza d'onda di de Broglie dei fotoni, che a sua volta porta ad una precisione che supera il limite del rumore di sparo, e equivalentemente, supera la migliore precisione possibile utilizzando la luce classica.

Nel suo stato attuale, il nuovo FOG non è ancora competitivo con i dispositivi FOG commerciali (classici) a causa della sua potenza inferiore, che è una conseguenza dei rivelatori utilizzati. I ricercatori si aspettano che i progressi nella tecnologia dei rivelatori e le sorgenti di fotoni più brillanti renderanno il FOG a fotoni entangled fattibile per le applicazioni nel prossimo futuro. Globale, sperano che i risultati attuali rappresentino un primo passo importante verso il raggiungimento dei limiti massimi di sensibilità nei giroscopi a fibra ottica.

"Una domanda interessante è fino a che punto altre fonti di rumore oltre al rumore di ripresa possono essere ridotte o compensate utilizzando stati fotonici ottimizzati, " Fink ha detto. "Le risposte a tali domande possono essere valutate sperimentalmente a intensità in cui tali effetti diventano significativi".

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