Giroscopios de fibra óptica, que miden la rotación y orientación de aviones y otros objetos en movimiento, están inherentemente limitados en su precisión cuando se usa luz clásica ordinaria. En un nuevo estudio, Los físicos han demostrado experimentalmente por primera vez que el uso de fotones entrelazados supera este límite clásico, llamado límite de ruido de disparo, y alcanza un nivel de precisión que no sería posible con la luz clásica.

Los físicos dirigido por Matthias Fink y Rupert Ursin en la Academia de Ciencias de Austria y el Centro de Viena de Ciencia y Tecnología Cuántica, han publicado un artículo sobre el giroscopio de fibra óptica mejorado por entrelazamiento en un número reciente de la Nueva Revista de Física .

"Hemos demostrado que la generación de fotones entrelazados ha alcanzado un nivel de madurez técnica que nos permite realizar mediciones con precisión de ruido de subdisparo en entornos hostiles, "Fink dijo Phys.org .

Los giroscopios de fibra óptica (FOG) son similares a los giroscopios giratorios familiares que a menudo se venden como juguetes. ya que ambos tipos de giroscopios miden la rotación de un objeto. Sin embargo, los dos dispositivos funcionan utilizando diferentes mecanismos:los FOG no tienen partes móviles, y, en su lugar, realiza sus medidas con luz.

Mientras que los giroscopios giratorios se desarrollaron en el siglo XIX. ^th siglo, Los FOG se introdujeron a fines de la década de 1970 y se basan en el efecto Sagnac que fue observado por primera vez por Georges Sagnac en 1913. En ese momento, Sagnac esperaba detectar el medio etéreo a través del cual se pensaba que se propagaba la luz, pero en cambio su experimento se convirtió en una de las pruebas fundamentales en apoyo de la teoría de la relatividad.

El efecto Sagnac surge cuando dos haces de luz viajan alrededor de un anillo en diferentes direcciones en un interferómetro. Cuando el interferómetro está en reposo, ambos haces tardan el mismo tiempo en atravesar el anillo, pero cuando el interferómetro comienza a girar, el rayo que se mueve alrededor del anillo en la dirección de la rotación recorrerá una distancia más larga, y por lo tanto tomar más tiempo, para alcanzar el detector que el otro rayo. Esta diferencia de tiempo da como resultado una diferencia de fase entre los dos haces.

La precisión con la que un FOG puede medir esta diferencia de fase determina la precisión de la medición de rotación general. La precisión de un FOG está limitada por varias fuentes de ruido, siendo el mayor contribuyente el ruido de los disparos. El ruido de disparo surge debido a la cuantificación de los fotones. A medida que los fotones individuales pasan a través del dispositivo, su naturaleza discreta significa que el flujo no es perfectamente suave, resultando en ruido blanco. Aunque el ruido de disparo se puede reducir aumentando la potencia (la velocidad de paso de los fotones), una potencia más alta aumenta otros tipos de ruido, resultando en una compensación.

Para superar el límite de ruido de disparo, en el nuevo estudio, los físicos utilizaron pares de fotones entrelazados que están en una superposición de los dos modos, de modo que ambos fotones entrelazados viajen efectivamente a través del anillo en ambas direcciones. El entrelazamiento da como resultado una reducción significativa en la longitud de onda de De Broglie de los fotones, lo que a su vez conduce a una precisión que excede el límite de ruido de disparo, y de manera equivalente, supera la mejor precisión posible utilizando luz clásica.

En su estado actual, el nuevo FOG aún no es competitivo con los dispositivos FOG comerciales (clásicos) debido a su menor potencia, que es una consecuencia de los detectores utilizados. Los investigadores esperan que los avances en la tecnología de detectores y las fuentes de fotones más brillantes hagan que la FOG de fotones entrelazados sea factible para aplicaciones en un futuro cercano. En general, esperan que los resultados actuales representen un primer paso importante hacia el logro de los límites máximos de sensibilidad en los giroscopios de fibra óptica.

"Una pregunta interesante es en qué medida se pueden reducir o compensar otras fuentes de ruido además del ruido de disparo mediante el uso de estados fotónicos optimizados, "Dijo Fink." Las respuestas a tales preguntas pueden evaluarse experimentalmente a intensidades en las que tales efectos se vuelven significativos ".

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