Neue Quantensensormethode verspricht eine verbesserte Erkennung von Treibhausgasen

4. April 2023

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von der University of Bristol

Es wurde eine innovative neue Technik zur präziseren Erkennung und Charakterisierung von Molekülen vorgeschlagen, die den Weg für bedeutende Fortschritte in der Umweltüberwachung, der medizinischen Diagnostik und in industriellen Prozessen ebnet.

Die neue Quantensensormethode, die von einem Physiker der Universität Bristol vorgeschlagen wurde, baut auf der Arbeit der Nobelpreisträger für Physik John Hall und Theodor Hänsch aus dem Jahr 2005 auf, die eine Frequenzkammtechnik zur genauen Messung optischer Frequenzen entwickelt haben. Frequenzkämme werden in vielen Bereichen der Wissenschaft und Industrie eingesetzt, um Materie anhand der einzigartigen Art und Weise der Lichtabsorption zu charakterisieren.

Die Präzision der optischen Kammspektroskopie wird jedoch durch ein grundlegendes Rauschniveau begrenzt, das bei allen Lasern und anderen klassischen Lichtquellen vorhanden ist. Ein Quantenzustand mit reduziertem Rauschen, genannt „gequetschtes Licht“, kann diese Einschränkung überwinden und wurde genutzt, um die Empfindlichkeit von Gravitationswellendetektoren zu verbessern.

In einem in Physical Review Letters veröffentlichten Artikel wird gezeigt, dass gequetschtes Licht das Rauschen über einen breiten Satz von Kammfrequenzen, die zur Untersuchung eines absorbierenden Moleküls verwendet werden, deutlich unterdrückt.

Autor: Alex Belsley, Quantum Engineering Ph.D. Student, sagte: „Diese Arbeit schlägt eine neue Methode zur Überwachung von Gasspezies in situ und mit hoher Präzision vor. Quantenvorteile in der Sensorik können heute realisiert werden, und ich bin gespannt auf die transformativen Auswirkungen, die quantenverstärkte Sensoren auf unsere Gesellschaft in der Zukunft haben werden.“ kommende Jahre."

Mit diesem neuartigen Ansatz könnten die Nachweisgrenzen potenziell um mehr als das Zehnfache verbessert werden. Es ermöglicht nicht nur die Charakterisierung verschiedener Arten von Gasen bei extrem niedrigen Konzentrationen, sondern kann auch wichtige Eigenschaften wie Temperatur und Druck mit hoher Empfindlichkeit bestimmen.

Professor Jonathan Matthews, Co-Direktor der Quantum Engineering Technology Labs und Doktorand von Alex Belsley. Berater, sagte: „Bessere Sensoren sind wichtig für unsere Zukunft. Das Gesundheitswesen, die Fertigung, die Umweltüberwachung und die neue Wissenschaft selbst profitieren alle von Fortschritten bei der Messung physikalischer Eigenschaften. Alex‘ Arbeit zeigt, wie gequetschtes Licht die Frequenzkammspektroskopie verbessern kann – der nächste Schritt.“ ist es, mit Experimenten im Labor weiter zu erforschen.“

Mehr Informationen: Alexandre Belsley, Quantum-Enhanced Absorption Spectroscopy with Bright Squeezed Frequency Combs, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.133602

Zeitschrifteninformationen:Briefe zur körperlichen Untersuchung

Zur Verfügung gestellt von der University of Bristol