De vill kasta nytt ljus över kvantfysikens lagar

Projektanslag 2022 Teknik, fysik matematik

Svaren på flera viktiga vetenskapliga frågor bygger på exakta mätningar av mekanisk rörelse, till exempel detektion av gravitationsvågor och studier av materialytor. I många fall används ljus för att omvandla positionen av ett mekaniskt system till en detekterbar signal. Hittills har dock interaktionen mellan ljus och mekanisk rörelse varit svag. Att gå utöver denna begränsning kräver nya tankesätt, och det är det som forskarna i projektet ska arbeta med.

Projektanslag 2022

Projekt:
"Light strongly interacting with mechanical motion"    

Huvudsökande:
Docent Witlef Wieczorek

Medsökande:
Chalmers
Andreas Isacsson 
Janine Splettstoesser 
Philippe Tassin 

Lärosäte:
Chalmers tekniska högskola

Beviljat anslag:
27 000 000 kronor under fem år

I projektet kommer forskarna att låta experiment, mänsklig expertis och artificiell intelligens samverka och visa vägen.

Forskare använder ljus som ett verktyg för att få information om föremål. Detta är också fallet när laserljus lyser på en spegel - det reflekterade ljusfältet innehåller information om spegelns position, med andra ord dess mekaniska rörelse. Den här sortens mätschema används till exempel i gravitationsvågsdetektorer.

Informationen om spegelns position kan ökas avsevärt genom att fånga ljuset mellan två speglar i så kallade kavitetsoptomekaniska system. Dessa system gör det inte bara möjligt att mycket exakt mäta spegelns position, utan också att kontrollera dess rörelse, ända till dess kvantmekaniska grundtillstånd. Detta har fascinerat forskare eftersom det ger möjlighet att utforska giltigheten av kvantfysikens lagar för större föremål och att nå de yttersta gränserna för mätkänslighet.

En stor utmaning inom detta forskningsfält är att öka interaktionen mellan ljuset och spegelns rörelse tills det är möjligt att skapa kvantmekaniska tillstånd direkt i spegeln.

Tillämpningar inom kvantavkänning och kvantteknologi

– Målet med forskningen är att nå det som kallas för den ickelinjära regimen av kvantoptomekanik i chipbaserade enheter, säger Witlef Wieczorek som har lång erfarenhet av att konstruera optomekaniska system. Därefter kopplas enstaka ljuspartiklar – fotoner – och spegelns kvantiserade rörelse – fononer – till varandra på ett kontrollerat sätt. Lyckas man med det kan man till exempel detektera enstaka fotoner utan att förstöra dem och den kvantinformationen de bär på.

Ett viktigt tillämpningsområde ligger inom området kvantteknologi. Att ha tillgång till den ickelinjära regimen kan leda till utvecklingen av nya chipbaserade sensorer som kan detektera betydligt mindre krafter och rörelser än vad dagens mest avancerade teknik tillåter.

Text Robert Karlsson
Bild Robert Karlsson