Ett Bristol-ledda team av fysiker har hittat ett sätt att driva masstillverkbara fotoniska sensorer vid kvantgränsen. Detta genombrott banar väg för praktiska tillämpningar som övervakning av växthusgaser och upptäckt av cancer.

Sensorer är ett konstant inslag i vår vardag. Även om de ofta inte uppfattas, tillhandahåller sensorer viktig information som är viktig för modern hälsovård, säkerhet och miljöövervakning. Enbart moderna bilar innehåller över 100 sensorer och detta antal kommer bara att öka.

Kvantavkänning är redo att revolutionera dagens sensorer, vilket avsevärt ökar den prestanda de kan uppnå. Mer exakta, snabbare och tillförlitliga mätningar av fysiska kvantiteter kan ha en transformerande effekt på alla områden inom vetenskap och teknik, inklusive våra dagliga liv.

Men majoriteten av kvantavkänningsscheman är beroende av speciella intrasslade eller klämda tillstånd av ljus eller materia som är svåra att generera och upptäcka. Detta är ett stort hinder för att utnyttja den fulla kraften hos kvantbegränsade sensorer och distribuera dem i verkliga scenarier.

I en artikel publicerad i Physical Review Letters , har ett team av fysiker vid universiteten i Bristol, Bath och Warwick visat att det är möjligt att utföra högprecisionsmätningar av viktiga fysikaliska egenskaper utan behov av sofistikerade kvanttillstånd av ljus och detektionsscheman.

Nyckeln till detta genombrott är användningen av ringresonatorer – små racerbanastrukturer som styr ljuset i en slinga och maximerar dess interaktion med provet som studeras. Viktigt är att ringresonatorer kan masstillverkas med samma processer som chipsen i våra datorer och smartphones.

Alex Belsley, Quantum Engineering Technology Labs (QET Labs) Ph.D. student och huvudförfattare till arbetet, sa:"Vi är ett steg närmare alla integrerade fotoniska sensorer som arbetar vid de gränser för detektion som påtvingas av kvantmekaniken."

Att använda denna teknik för att känna av förändringar i absorption eller brytningsindex kan användas för att identifiera och karakterisera ett brett utbud av material och biokemiska prover, med aktuella tillämpningar från övervakning av växthusgaser till cancerdetektering.

Docent Jonathan Matthews, meddirektör för QETLabs och medförfattare till arbetet, sa:"Vi är verkligen glada över de möjligheter som detta resultat ger:vi vet nu hur man använder masstillverkningsbara processer för att konstruera fotoniska sensorer i chipsskala som fungerar på kvantgränsen." + Utforska vidare

Fysiker utvecklar kvantförbättrade sensorer för verkliga tillämpningar