At bryde igennem opløsningsbarrieren med kvantebegrænset præcision

Forskere ved Paderborn Universitet har udviklet en ny metode til afstandsmåling til systemer som GPS, som opnår mere præcise resultater end nogensinde før. Ved hjælp af kvantefysik, holdet ledet af Leibniz-prisvinderen professor Christine Silberhorn har med succes overvundet den såkaldte opløsningsgrænse, som forårsager den 'støj', vi kan se på billeder, for eksempel. Deres resultater er netop blevet offentliggjort i det akademiske tidsskrift Fysisk gennemgang X Quantum ( PRX Quantum ).

Fysiker Dr. Benjamin Brecht forklarer problemet med opløsningsgrænsen:"I laserafstandsmålinger registrerer en detektor to lysimpulser af forskellig intensitet med en tidsforskel. Jo mere præcis tidsmålingen er, jo mere nøjagtigt kan afstanden bestemmes. Forudsat at tidsadskillelsen mellem impulserne er større end længden af ​​impulserne, det fungerer godt." Der opstår problemer, imidlertid, som Brecht forklarer, hvis pulserne overlapper:"Så kan du ikke længere måle tidsforskellen ved hjælp af konventionelle metoder. Dette er kendt som 'opløsningsgrænsen' og er en velkendt effekt på fotos. Meget små strukturer eller teksturer kan ikke længere løses. Det er det samme problem - bare med position frem for tid."

En yderligere udfordring, ifølge Brecht, er at bestemme de forskellige intensiteter af to lysimpulser, samtidig med deres tidsforskel og ankomsttidspunkt. Men det er præcis, hvad forskerne har formået at gøre - "med kvantebegrænset præcision, " tilføjer Brecht. Arbejder med partnere fra Tjekkiet og Spanien, Paderborn-fysikerne var endda i stand til at måle disse værdier, når pulserne overlappede med 90 pct. Brecht siger:"Dette er langt over opløsningsgrænsen. Præcisionen af ​​målingen er 10, 000 gange bedre. Ved at bruge metoder fra kvanteinformationsteori, vi kan finde nye former for måling, som overvinder begrænsningerne ved etablerede metoder."

Disse resultater kunne muliggøre betydelige forbedringer i fremtiden af ​​præcisionen af ​​applikationer såsom LIDAR, en metode til optisk afstands- og hastighedsmåling, og GPS. Det vil tage noget tid, imidlertid, før dette er klar til markedet, påpeger Brecht.