Interrogazione di fase potenziata quantisticamente di un sensore di deformazione a fibra ottica

Abstract degli autori

I sensori a fibra ottica consentono misurazioni ad alta sensibilità di vari parametri fisici. Qui dimostriamo un’interrogazione potenziata quantisticamente di un risonatore Fabry-Perot interamente in fibra ottica, che impiega l’interferenza di due fotoni entangled per sondare direttamente gli sfasamenti ottici indotti dalla deformazione. Il risonatore è interrogato con un laser a larghezza di riga ridotta, agganciato in frequenza al suo modo di risonanza, sfruttando così la sensibilità intrinseca della cavità alle variazioni della lunghezza della fibra. Per accedere alle fluttuazioni di fase trasferite al campo di interrogazione dalle perturbazioni esterne sul sensore, realizziamo una lettura con un interferometro Mach-Zehnder in fibra. Questa configurazione consente al sensore di funzionare sia con luce coerente classica sia con coppie di fotoni entangled generate tramite conversione parametrica spontanea. Sfruttando stati entangled a due fotoni corrispondenti a uno stato NOON con N = 2, dimostriamo sperimentalmente una riduzione del rumore di misura al di sotto del limite quantistico standard. Questi risultati forniscono una chiara evidenza del vantaggio quantistico nel potenziare i sensori a fibra ottica in presenza di vincoli pratici sulla potenza ottica.