Kürzlich haben quantenverschränkte Photonen die Erdrotation durch ein neuartiges Experiment aufgedeckt, das von einem Team unter der Leitung von Philip Walther von der Universität Wien durchgeführt wurde.
Diese Entwicklung eröffnet neue Perspektiven an der Schnittstelle zwischen Quantenmechanik und allgemeiner Relativitätstheorie, indem sie die Grenzen der Empfindlichkeit von auf Verschränkung basierenden Sensoren überwindet.
Optische Sagnac-Interferometer, bekannt für ihre unvergleichliche Präzision, spielen seit Jahrzehnten eine entscheidende Rolle bei der Messung von Rotationsgeschwindigkeiten. Interferometer, die Quantenverschränkung nutzen, versprechen jedoch noch höhere Empfindlichkeit, obwohl ihr Potenzial durch die empfindliche Natur der Verschränkung bisher eingeschränkt wurde.
Das Wiener Experiment hat diese Barriere durch den Bau eines riesigen Sagnac-Interferometers mit Glasfasern durchbrochen, das in der Lage ist, ein stabiles niedriges Rauschlevel über mehrere Stunden aufrechtzuerhalten. Dadurch war die Erkennung von hochqualitativen verschränkten Photonpaaren möglich, womit die Präzision früherer Interferometer um den Faktor Tausend übertroffen wurde.
In einem Sagnac-Interferometer erreichen zwei in entgegengesetzten Richtungen auf einer geschlossenen Bahn bewegte Partikel den Ausgangspunkt zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Bei verschränkten Partikeln wird dieser Effekt verstärkt, ihr Verhalten ähnelt dem eines einzelnen Teilchens, das gleichzeitig beide Richtungen testet und damit doppelt so viel zeitliche Verzögerung ansammelt.
Um das Signal der Erdrotation zu isolieren, teilten die Forscher die Glasfaser in zwei gleich lange Teile, die durch einen optischen Schalter verbunden sind. Durch Ein- und Ausschalten dieses Schalters konnten sie das Rotationssignal neutralisieren.
Dieses Experiment, das im Rahmen des Forschungsnetzwerks TURIS durchgeführt wurde, zeigte die Wechselwirkung zwischen rotierenden Systemen und Quantenverschränkung mit einer Präzision, die tausendmal höher ist als bei vorherigen Experimenten. Diese Arbeit ebnet den Weg für zukünftige Verbesserungen und neue Untersuchungen der Quantenverschränkung in den Krümmungen der Raumzeit.
Quelle: Science Advances