量子強化干渉法により、レーザービームの微小なシフトと傾きの検出が増幅されます。

LMU の研究チームは、干渉測定に基づく量子トリックにより、レーザー ビームの最小の動きさえも非常に高い感度で検出できるようになりました。

レーザービームの微小なずれやわずかな傾きを正確に測定することは、原子間力顕微鏡などの多くの科学技術用途において極めて重要です。いわゆる弱値増幅 (WVA) は、量子力学の基礎についての考え方から生まれた手法であり、特定の条件下では、内部のビームが最小限しか変更されない場合でも、干渉計の出力信号が著しく変化することがすでに示されています。干渉計は、重なり合う光波を比較することで、このような小さな違いを検出できる測定装置です。

MCQST Cluster of Excellence のメンバーである LMU の物理学者 Carlotta Versmold とその同僚は、テルアビブ大学の研究者と協力して、このタイプの測定を拡張しました。研究チームは最近、入射ビームの変化を増幅するトリックを開発しました。これにより、これまでは困難であった、より正確な測定が可能になります。たとえば、遠くの窓から反射したレーザー光は、建物内の会話によって引き起こされるガラスの振動を拾い、会話が盗聴される可能性があります。

研究は雑誌に掲載されます 物理的なレビューレター。

従来の干渉計では、入射光の変化が機器の両方のアームに同じように影響を与えるため、出力信号では互いに打ち消し合います。干渉計内部のシフトに対する WVA アプローチでは、光ビームが分割され、2 つのわずかに異なる経路に沿って送信され、後で再結合して 2 つの出力につながります。 Versmoldらは、いわゆるダブプリズムを干渉計の一方のアームのビーム経路に挿入した。このタイプのプリズムは追加の反射を生成し、2 つの経路に反対方向へのシフトを引き起こします。その結果、シフトが増幅されます。

ヴァースモールドは、干渉計に入射するビームの傾きと変位を、それぞれ 10 分の 1 マイクロラジアンと 10 分の 1 マイクロメートルの精度で測定しました。これは、ビームの直径約 2 ミリメートルよりもはるかに小さいものです。デモンストレーションとして、彼女は鏡の振動に音楽をエンコードし、その鏡から反射されたレーザー ビームを干渉計に送りました。音質は、干渉計を使用せずにオーディオ信号を光に変換して再び音に戻す場合よりも明らかに優れていました。

「これは、特に高感度な測定に対するこの方法の可能性を示しています」と、この研究の主著者である LMU の物理学者ハラルド・ワインフルター氏は言う。