Созданная по квантовым принципам лазерная система невероятно точно измеряет расстояния

Уникальная лазерная система измерения расстояний уверенно работает при ярком солнечном свете и меняющейся погоде — условиях, в которых обычные оптические дальномеры начинают сбоить.

Лазер применяется для измерения расстояний уже давно, однако существуют определенные помехи, которые могут снижать точность таких систем.

Источник: Unsplash

Главный враг оптических систем, измеряющих расстояние с помощью света, — это «шум»: помехи от солнечного излучения и атмосферных условий, которые забивают полезный сигнал. Квантовые сенсоры умеют с этим справляться благодаря явлению, известному как энергетически-временна́я запутанность: связанные пары фотонов позволяют надежно выделять нужный сигнал на фоне любых помех. Проблема в том, что квантовые источники света чрезвычайно тусклые и капризные — для практического применения они пока не годятся.

Специалисты Бристольского университета пошли другим путем. Вместо того чтобы генерировать запутанные фотоны, ученые воспроизвели ключевое свойство квантового света — его устойчивость к шуму — в классической лазерной системе. С помощью оптоволокна и электронных модуляторов они научились быстро менять цвет лазерных импульсов и формировать в них особые корреляции, которые ведут себя подобно квантовым при подавлении фоновых помех. При этом яркость такого сигнала в миллионы раз выше, чем у типичных квантовых источников.

Работоспособность метода проверили прямо на университетском кампусе. Система измерила расстояние между зданием Куинс и мемориальной башней Уиллса — около 155 метров — с точностью более одной десятой миллиметра. Для этого потребовалась мощность лазера ниже, чем у обычной лазерной указки, а само измерение заняло лишь десятую долю секунды. Затем дальность увеличили: расстояние до башни Кэбот — более 400 метров — было измерено при полном дневном освещении и переменчивой погоде.

Аэрофотоснимок, сделанный с холма Брэндон-Хилл, с цветными стрелками, указывающими на демонстрацию определения расстояния от здания Куинс до мемориальной башней Уиллса и башни Кэбот.

Источник: Бристольский университет

«Наши результаты показывают, что для сильного подавления шума не обязательно нужна настоящая квантовая запутанность, — отметили ведущие авторы работы Вэйцзе Не и профессор Джон Рэрити. — Тщательно сконструированные классические корреляции могут давать многие из тех же практических преимуществ, оставаясь при этом масштабируемыми и надежными».

Спектр потенциальных применений технологии невероятно широк: от навигации автономных автомобилей и высокоточной геодезии до мониторинга инфраструктуры и дальних измерений в космосе. Следующий шаг — увеличение рабочей дистанции и миниатюризация системы с помощью интегральных фотонных чипов, чтобы превратить лабораторную установку в компактное устройство для повседневного использования.

Ранее ученые создали уникальные стронциевые часы — их погрешность составляет всего секунду за 30 миллиардов лет