Giroscópios de fibra óptica, que medem a rotação e orientação de aviões e outros objetos em movimento, são inerentemente limitados em sua precisão ao usar luz clássica comum. Em um novo estudo, físicos demonstraram experimentalmente pela primeira vez que o uso de fótons emaranhados supera esse limite clássico, chamado de limite de ruído de tiro, e atinge um nível de precisão que não seria possível com a luz clássica.

Os físicos, liderado por Matthias Fink e Rupert Ursin na Academia Austríaca de Ciências e no Centro de Ciência e Tecnologia Quântica de Viena, publicaram um artigo sobre o giroscópio de fibra óptica aprimorado por emaranhamento em uma edição recente da New Journal of Physics .

"Demonstramos que a geração de fótons emaranhados atingiu um nível de maturidade técnica que nos permite realizar medições com precisão de ruído sub-shot em ambientes hostis, "Fink disse Phys.org .

Os giroscópios de fibra óptica (FOGs) são semelhantes aos giroscópios giratórios familiares, muitas vezes vendidos como brinquedos, já que os dois tipos de giroscópios medem a rotação de um objeto. Contudo, os dois dispositivos operam usando mecanismos diferentes:FOGs não têm partes móveis, e, em vez disso, faça suas medições usando luz.

Considerando que os giroscópios giratórios foram desenvolvidos na década de 19 ^º século, FOGs foram introduzidos no final dos anos 1970 e são baseados no efeito Sagnac que foi observado pela primeira vez por Georges Sagnac em 1913. Na época, Sagnac esperava detectar o meio éter através do qual se pensava que a luz se propagava, mas, em vez disso, seu experimento tornou-se um dos testes fundamentais para apoiar a teoria da relatividade.

O efeito Sagnac surge quando dois feixes de luz viajam ao redor de um anel em direções diferentes em um interferômetro. Quando o interferômetro está em repouso, ambos os feixes levam a mesma quantidade de tempo para atravessar o anel, mas quando o interferômetro começa a girar, o feixe se movendo ao redor do anel na direção da rotação percorrerá uma distância maior, e, portanto, leva mais tempo, para alcançar o detector do que o outro feixe. Essa diferença de tempo resulta em uma diferença de fase entre os dois feixes.

A precisão com que um FOG pode medir essa diferença de fase determina a precisão da medição de rotação geral. A precisão de um FOG é limitada por várias fontes de ruído, com o principal contribuinte sendo o ruído de tiro. O ruído do tiro surge devido à quantização dos fótons. À medida que os fótons individuais passam pelo dispositivo, sua natureza discreta significa que o fluxo não é perfeitamente regular, resultando em ruído branco. Embora o ruído do tiro possa ser reduzido aumentando a potência (a taxa de passagem dos fótons), uma potência maior aumenta outros tipos de ruído, resultando em uma compensação.

Para superar o limite de ruído do tiro, no novo estudo, os físicos usaram pares de fótons emaranhados que estão em uma superposição dos dois modos, de modo que ambos os fótons emaranhados viajem efetivamente através do anel em ambas as direções. O emaranhamento resulta em uma redução significativa no comprimento de onda de de Broglie dos fótons, o que, por sua vez, leva a uma precisão que excede o limite de ruído de disparo, e de forma equivalente, excede a melhor precisão possível usando luz clássica.

Em seu estado atual, o novo FOG ainda não é competitivo com os dispositivos FOG comerciais (clássicos) devido ao seu baixo consumo de energia, que é uma consequência dos detectores usados. Os pesquisadores esperam que os avanços na tecnologia de detector e fontes de fótons mais brilhantes tornem o FOG de fótons emaranhados viável para aplicações em um futuro próximo. Geral, eles esperam que os resultados atuais representem um primeiro passo importante para atingir os limites finais de sensibilidade em giroscópios de fibra óptica.

"Uma questão interessante é em que medida outras fontes de ruído além do ruído do tiro podem ser reduzidas ou compensadas usando estados fotônicos otimizados, "Fink disse." As respostas a essas perguntas podem ser avaliadas experimentalmente em intensidades onde tais efeitos se tornam significativos. "

© 2019 Science X Network