Gyroscopes à fibre optique, qui mesurent la rotation et l'orientation des avions et autres objets en mouvement, sont intrinsèquement limités dans leur précision lors de l'utilisation de la lumière classique ordinaire. Dans une nouvelle étude, des physiciens ont démontré expérimentalement pour la première fois que l'utilisation de photons intriqués permet de dépasser cette limite classique, appelé la limite de bruit de tir, et atteint un niveau de précision qui ne serait pas possible avec la lumière classique.

Les physiciens, dirigé par Matthias Fink et Rupert Ursin à l'Académie autrichienne des sciences et au Vienna Center for Quantum Science and Technology, ont publié un article sur le gyroscope à fibre optique amélioré par enchevêtrement dans un récent numéro de la Nouveau Journal de Physique .

"Nous avons démontré que la génération de photons intriqués a atteint un niveau de maturité technique qui nous permet d'effectuer des mesures avec une précision de sous-bruit dans des environnements difficiles, " Fink a dit Phys.org .

Les gyroscopes à fibre optique (FOG) sont similaires aux gyroscopes rotatifs familiers souvent vendus comme jouets, car les deux types de gyroscopes mesurent la rotation d'un objet. Cependant, les deux appareils fonctionnent selon des mécanismes différents :les FOG n'ont pas de pièces mobiles, et à la place faire leurs mesures en utilisant la lumière.

Alors que les gyroscopes rotatifs ont été développés au 19 ^e siècle, Les FOG ont été introduits à la fin des années 1970 et sont basés sur l'effet Sagnac qui a été observé pour la première fois par Georges Sagnac en 1913. A l'époque, Sagnac espérait détecter le milieu éther à travers lequel la lumière était censée se propager, mais au lieu de cela, son expérience est devenue l'un des tests fondamentaux à l'appui de la théorie de la relativité.

L'effet Sagnac se produit lorsque deux faisceaux lumineux se déplacent autour d'un anneau dans des directions différentes dans un interféromètre. Lorsque l'interféromètre est au repos, les deux faisceaux mettent le même temps pour traverser l'anneau, mais quand l'interféromètre commence à tourner, le faisceau se déplaçant autour de l'anneau dans le sens de la rotation parcourra une distance plus longue, et donc prendre plus de temps, pour atteindre le détecteur que l'autre faisceau. Cette différence de temps se traduit par une différence de phase entre les deux faisceaux.

La précision avec laquelle un FOG peut mesurer cette différence de phase détermine la précision de la mesure de rotation globale. La précision d'un FOG est limitée par plusieurs sources de bruit, le principal contributeur étant le bruit de tir. Le bruit de grenaille est dû à la quantification des photons. Lorsque les photons individuels traversent l'appareil, leur caractère discret fait que l'écoulement n'est pas parfaitement régulier, résultant en un bruit blanc. Bien que le bruit de tir puisse être diminué en augmentant la puissance (le taux de photons traversant), une puissance plus élevée augmente d'autres types de bruit, résultant en un compromis.

Pour dépasser la limite de bruit de grenaille, dans la nouvelle étude, les physiciens ont utilisé des paires de photons intriqués qui sont dans une superposition des deux modes, de sorte que les deux photons intriqués voyagent efficacement à travers l'anneau dans les deux sens. L'intrication se traduit par une diminution significative de la longueur d'onde de de Broglie des photons, ce qui à son tour conduit à une précision qui dépasse la limite de bruit de grenaille, et de manière équivalente, dépasse la meilleure précision possible en utilisant la lumière classique.

Dans son état actuel, le nouveau FOG n'est pas encore compétitif avec les appareils FOG commerciaux (classiques) en raison de sa faible puissance, ce qui est une conséquence des détecteurs utilisés. Les chercheurs s'attendent à ce que les progrès de la technologie des détecteurs et des sources de photons plus lumineuses rendent le FOG à photons intriqués réalisable pour des applications dans un proche avenir. Globalement, ils espèrent que les résultats actuels représentent une première étape importante vers la réalisation des limites de sensibilité ultimes dans les gyroscopes à fibre optique.

"Une question intéressante est de savoir dans quelle mesure d'autres sources de bruit en plus du bruit de grenaille peuvent être réduites ou compensées en utilisant des états photoniques optimisés, " Fink a déclaré. "Les réponses à de telles questions peuvent être évaluées expérimentalement à des intensités où de tels effets deviennent significatifs."

© 2019 Réseau Science X