Ученые создали лазерную систему, которая измеряет расстояния с миллиметровой точностью даже при ярком солнце

Ученые создали лазерную систему, которая измеряет расстояния с миллиметровой точностью даже при ярком солнце

Секрет разработки заключается не в использовании квантовых источников света, которые обычно отличаются крайне низкой яркостью, а в воспроизведении их ключевых свойств в классической лазерной системе.

Главной проблемой традиционных оптических дальномеров является так называемый «шум» — помехи от солнечного излучения и атмосферных явлений, которые заглушают полезный сигнал. Квантовые сенсоры способны справляться с этим благодаря явлению энергетически-временнóй запутанности, когда связанные пары фотонов позволяют выделить нужный сигнал на фоне любых помех. Однако практическому применению таких сенсоров мешает их чрезвычайно низкая яркость и капризность в эксплуатации.

Ученые из Бристоля предложили принципиально иной подход. Вместо генерации запутанных фотонов они воспроизвели устойчивость к шуму, характерную для квантового света, в классической лазерной системе. Используя оптоволокно и электронные модуляторы, исследователи научились быстро изменять цвет лазерных импульсов и формировать в них особые корреляции, которые при подавлении фоновых помех ведут себя подобно квантовым. При этом яркость полученного сигнала оказалась в миллионы раз выше, чем у типичных квантовых источников.

Эффективность метода была подтверждена экспериментально на территории университетского кампуса. Разработанная система измерила расстояние между зданием Куинс и мемориальной башней Уиллса, составляющее около 155 метров, с точностью более одной десятой миллиметра. Для этого потребовалась мощность лазера ниже, чем у обычной лазерной указки, а само измерение заняло всего десятую долю секунды. В ходе следующего испытания система успешно измерила расстояние до башни Кэбот, превышающее 400 метров, работая при полном дневном освещении и в условиях переменчивой погоды.

Ведущие авторы работы Вэйцзе Не и профессор Джон Рэрити подчеркнули, что полученные результаты демонстрируют: для эффективного подавления шума вовсе не обязательна настоящая квантовая запутанность. По их словам, тщательно сконструированные классические корреляции способны обеспечить множество тех же практических преимуществ, оставаясь при этом масштабируемыми и надежными, сообщает Hi-Tech Mail

Область потенциального применения новой технологии охватывает навигацию беспилотных автомобилей, высокоточную геодезию, мониторинг состояния инфраструктуры, а также проведение дальних измерений в космосе. В планах разработчиков — увеличение рабочей дистанции и миниатюризация системы с использованием интегральных фотонных чипов, что позволит превратить лабораторную установку в компактное устройство, пригодное для повседневного использования.

Ранее ученые уже представили уникальные стронциевые часы, погрешность которых составляет всего одну секунду за 30 миллиардов лет.