Eine genaue Zeitverzögerungsmessung ist einer der wichtigsten Bestandteile der heutigen Technologie, und die Überwindung der sogenannten Auflösungsgrenze, die das auf Fotos auftretende Rauschen und viele andere Probleme verursacht, wurde dank der Quantenphysik jetzt ermöglichtdie Forscher der Paderborn University.
Das Wissenschaftlerteam hat eine neue Methode zur Entfernungsmessung für Systeme wie LIDAR und entwickelt. GPS . Ihre Methode ermöglicht präzisere Ergebnisse als je zuvor. 10.000 Mal besser, um genau zu sein.
Die Studie war veröffentlicht in der Fachzeitschrift Physische Überprüfung X Quantum PRX Quantum .
Was ist die Auflösungsgrenze?
Es gibt viele Herausforderungen im Bereich der Auflösungsgrenze; die Forscher konnten diese jedoch mit Methoden von überwinden. Quanteninformation Theorie.
Der Physiker Dr. Benjamin Brecht, einer der Autoren der Studie "Erreichen der ultimativen Quanten-Timing-Auflösung", erklärte das Problem der Auflösungsgrenze. Sprichwort : "Bei Laserentfernungsmessungen registriert ein Detektor zwei Lichtimpulse unterschiedlicher Intensität mit einer Zeitdifferenz. Je genauer die Zeitmessung ist, desto genauer kann die Entfernung bestimmt werden. Vorausgesetzt, der zeitliche Abstand zwischen den Impulsen ist größer als derLänge der Impulse, das funktioniert gut. "
Wenn sich diese Impulse jedoch überlappen, treten Probleme auf, da die Wissenschaftler den Zeitunterschied mit herkömmlichen Methoden nicht mehr messen können. "Dies wird als" Auflösungsgrenze "bezeichnet und ist ein bekannter Effekt in Fotos.Sehr kleine Strukturen oder Texturen können nicht mehr gelöst werden. Das ist das gleiche Problem - nur mit der Position und nicht mit der Zeit. "Brecht Fortsetzung .
Methoden aus der Quanteninformationstheorie
Bestimmung der unterschiedlichen Intensitäten von zwei Lichtimpulse gleichzeitig mit ihrem Zeitunterschied und der Ankunftszeit stellt eine weitere Herausforderung dar, die schwer zu bewältigen ist. Jetzt haben Forscher genau das geschafft.
Das Wissenschaftlerteam konnte diese Werte messen, wenn sich die Impulse um 90% überlappten. Laut Brecht "liegt dies weit über der Auflösungsgrenze. Die Genauigkeit der Messung ist 10.000 Mal besser. Mit Methoden aus der Quanteninformationstheorie können wir neue Messformen finden, die die Grenzen etablierter Methoden überwinden. "
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Die Forscher schrieb , "Wir lösen experimentell zeitliche Abstände auf, die zehnmal kleiner als die Pulsdauer sind, sowie unausgeglichene Intensitäten, die sich um den Faktor 10² unterscheiden. Dies stellt eine Verbesserung von mehr als einer Größenordnung gegenüber den besten Standardmethoden dar, die auf der Intensitätserkennung basieren."
Diese Studie könnte die Präzision von Anwendungen verbessern, wie z. LIDAR und GPS in der Zukunft.