Ein Forschungsteam hat einen quanteninspirierten Laser-Entfernungsmesser demonstriert, der Entfernungen mit Submillimeter-Genauigkeit \u00fcber eine stadtweite Distanz misst und dabei nur wenige zehn Mikrowatt optischer Leistung verwendet. Zwischen zwei Geb\u00e4uden aufgezeichnet, betrug die gemessene Stand-off-Distanz 154,8182 m mit einer Pr\u00e4zision besser als 0,1 mm bei Integrationszeiten von etwa 100 ms. Die Gruppe berichtet, dass das Experiment unter wechselndem Sonnenlicht und Wetter durchgef\u00fchrt wurde, was darauf hindeutet, dass quantenartige Pr\u00e4zision aus dem Labor in reale Umgebungen vordringt.<\/p>\n
Das Kernexperiment wird als ein energie\u2013zeit-Korrelations-inspiriertes Laser-Entfernungsmessschema beschrieben, das die Autoren in einem peer\u2011reviewten Bericht in Nature Communications<\/a> als \u201equanteninspiriert\u201c bezeichnen. Anstatt auf verschr\u00e4nkte Photonen zu setzen, verwendet das System klassische Laserpulse, deren Timing und Frequenz so gestaltet sind, dass das zur\u00fcckkehrende Signal durch Korrelationen identifiziert werden kann, selbst wenn das Rauschen stark ist. Durch das Abgleichen von Mustern in Zeit und Energie zwischen dem Gesendeten und dem Empfangenen extrahiert das Setup eine pr\u00e4zise Laufzeit und damit die Distanz.<\/p>\n In einem Feldversuch ma\u00df das Team eine Geb\u00e4ude-zu-Geb\u00e4ude-Distanz von 154,8182 m mit einer berichteten Pr\u00e4zision besser als 0,1 mm und einer Integrationszeit von etwa 100 ms bei einer Sendeleistung von etwa 48 \u00b5W, wie in einem von den Autoren ver\u00f6ffentlichten Preprint auf arXiv<\/a> angegeben. Derselbe Preprint stellt fest, dass das System unter wechselndem solarem Hintergrund und Wetter betrieben wurde, was bedeutet, dass die Submillimeter-Performance nicht auf dunkle oder kontrollierte Bedingungen beschr\u00e4nkt war. Die Universit\u00e4t, die die f\u00fchrende Gruppe beherbergt, hat das Ergebnis als ein quanteninspiriertes Lasersystem beschrieben, das Entfernungs\u00admessungen mit Submillimeter-Genauigkeit liefert, und erkl\u00e4rt, das Team habe seine Hypothese durch Betrieb in realen Umgebungen best\u00e4tigt, laut einer Pressemitteilung der University of Bristol<\/a>.<\/p>\n Die Autoren beschreiben ihr Schema als \u201everschra\u0308nkungsinspiriert\u201c, weil es Konzepte aus quanten\u00adkorrelationen \u00fcbernimmt, w\u00e4hrend es weiterhin helles klassisches Licht verwendet, so das gleiche Nature Communications<\/a>-Paper. In der Quantenoptik koppelt Energie\u2013Zeit-Verschr\u00e4nkung die Frequenz und Ankunftszeit von Photonenpaaren auf eine Weise, die f\u00fcr pr\u00e4zises Rangen ausgenutzt werden kann. Hier werden \u00e4hnliche Korrelationsmuster mit klassischen Pulsen synthetisiert, sodass das System von hoher optischer Leistung und Standardkomponenten profitieren kann, anstatt durch die geringe Helligkeit verschr\u00e4nkter Quellen begrenzt zu sein.<\/p>\n Diese Strategie baut auf einer breiteren Forschungsrichtung auf, in der gezeigt wurde, dass klassische Zeit\u2013Frequenz-Korrelation einige Vorteile quantenbasierter Detektion nachahmen kann. Ein kompakter All-Faser-LiDAR-Empf\u00e4ngerkonzept, das klassische Quellen statt helligkeitsbegrenzter verschr\u00e4nkter Photonen verwendet, erreichte \u00fcber 100 dB In-Band-Rauschunterdr\u00fcckung bei Einzelphotonenempfindlichkeit, laut einem peer\u2011reviewten Prototyp in Nature Communications<\/a>. Zusammen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass korrelationsbasierte Designs in praktischen Faserarchitekturen implementiert werden k\u00f6nnen und dennoch extreme Empfindlichkeit und starke Rauschfilterung erreichen.<\/p>\n Die Kombination aus 154,8182 m Stand-off, besser als 0,1 mm Pr\u00e4zision, 100 ms Integrationszeit und 48 \u00b5W Sendeleistung im Feldversuch, wie im arXiv-Preprint<\/a> aufgef\u00fchrt, weist auf einen anderen Kompromissraum als bei konventionellen Laser-Entfernungsmessungen hin. Traditionelle hochpr\u00e4zise Distanzmetrologie st\u00fctzt sich oft auf h\u00f6here Leistungen, l\u00e4ngere Mittelungszeiten oder streng kontrollierte Umgebungen. Hier ist die Energie pro Messung gering, die Mittelungszeit kurz und die Szene enth\u00e4lt variierenden solaren Hintergrund, dennoch wird eine Pr\u00e4zision im Submillimeter-Bereich berichtet.<\/p>\n F\u00fcr die \u00dcberwachung von Infrastruktur ist diese Kombination bedeutsam. Br\u00fccken, T\u00fcrme und Fassaden von Hochh\u00e4usern verschieben sich unter Last und Temperaturschwankungen um Millimeter. Ein Entfernungsmesser, der \u00c4nderungen unter 0,1 mm \u00fcber eine Spannweite von 154,8182 m in etwa 100 ms aufl\u00f6sen kann, wie in der Studie in Nature Communications<\/a> berichtet, k\u00f6nnte strukturelle Bewegungen nahezu in Echtzeit verfolgen und dabei wenig Energie verbrauchen. Dasselbe Profil mit geringer Leistung und schneller Integration w\u00e4re auch f\u00fcr batteriebeschr\u00e4nkte Plattformen wie kleine Drohnen attraktiv, die genaue Entfernungsdaten ohne gro\u00dfe Laserbudgets ben\u00f6tigen.<\/p>\n Der Entfernungsmesser erscheint vor dem Hintergrund von Arbeiten zur ultimativen Genauigkeit optischer Ranganalyse. Ein Theoriepapier zur quantenbasierten Puls-Kompressions-Ranging hat fundamentale Mittel-Quadrat-Fehler-Grenzen hergeleitet und quanten- und klassische Puls-Kompressionsschemata bei gleicher Bandbreite und Energie verglichen, laut einer Prim\u00e4ranalyse in Physical Review Letters<\/a>. Diese Arbeit liefert eine Benchmark daf\u00fcr, wie viel Pr\u00e4zision durch quantenbasierte Ressourcen gewonnen werden kann und wo klassische, von diesen Ideen inspirierte Schemata auf derselben Skala liegen k\u00f6nnten.<\/p>\n Zugleich haben andere Forscher an quanteninterferometrischem frequenzmoduliertem Dauerstrich\u2011LiDAR gearbeitet, das Genauigkeit und Aufl\u00f6sung verbessert und gleichzeitig gleichzeitige Reichweiten\u2011 und Geschwindigkeitsmessungen erm\u00f6glicht, laut peer\u2011reviewter Arbeit in Physical Review Applied<\/a>. Dieser Ansatz zielt darauf ab, Quanteninterferenz in FMCW-Architekturen zu integrieren, die bereits in der automobilen und industriellen Sensorik dominieren. Der neue quanteninspirierte Entfernungsmesser unterscheidet sich dadurch, dass er extreme statische Distanzpr\u00e4zision bei sehr niedriger Sendeleistung anstrebt, statt simultane Reichweiten\u2011 und Geschwindigkeitsmessung.<\/p>\n Auch die Detektortechnologie setzt wichtige Grenzen. Eine \u00dcbersicht \u00fcber Photondetektortechnologien f\u00fcr Laser-Entfernungsmessung berichtet, dass Single-Photon Avalanche Diodes (SPADs) durch Geiger\u2011Mode-Avalanche\u2011Verst\u00e4rkung Subdezimeter\u2011Genauigkeit in 100\u2011km\u2011LiDAR\u2011Systemen erzielen, laut einem Artikel in Coatings<\/a>. Diese Leistung bei 100 km zeigt, wie Fortschritte in der Detektortechnik die Genauigkeit \u00fcber gro\u00dfe Entfernungen vorangebracht haben, aber die Pr\u00e4zisionsskala liegt weiterhin im Subdezimeter\u2011 und nicht im Submillimeterbereich. Die von Bristol gef\u00fchrte Arbeit legt nahe, dass korrelationsbasierte Signalverarbeitung feinere Distanzinformationen bei k\u00fcrzeren Reichweiten extrahieren kann, ohne die grundlegende Detektorphysik zu \u00e4ndern.<\/p>\n Der Betrieb bei Tageslicht und schlechtem Wetter ist eine wiederkehrende Herausforderung f\u00fcr LiDAR und Laser-Entfernungsmessung. Das verschr\u00e4nkungsinspirierte Rangefinding\u2011Experiment berichtet \u00fcber Betrieb unter wechselndem solarem Hintergrund und Wetterbedingungen, w\u00e4hrend es weiterhin besser als 0,1 mm Pr\u00e4zision bei 154,8182 m erreichte, so der Autorenvorabdruck<\/a>. Diese Behauptung stimmt mit fr\u00fcheren, korrelationsbasierten Bildgebungsverfahren \u00fcberein, die speziell daf\u00fcr gebaut wurden, harten Hintergrundlichtbedingungen zu widerstehen.<\/p>\n Eine prim\u00e4re experimentelle Studie zur rauschtoleranten dreidimensionalen Bildgebung zeigte, dass eine korrelationsbasierte optische Architektur mit ultrakurzen Pulsen und nichtlinearer Gating\u2011Technik quantitative Vorteile in der Rauschunterdr\u00fcckung in dB gegen\u00fcber konventioneller Filterung und theoretisch abgestimmten Filtergrenzen bieten kann, laut Arbeit in Nature Communications<\/a>. Durch das Gating der Detektion sowohl in der Zeit als auch in einem weiteren Freiheitsgrad werden unkorrelierte Hintergrundphotonen effektiv verworfen. Der neue Entfernungsmesser verfolgt eine verwandte Philosophie im Zeit\u2011Frequenz\u2011Bereich, was darauf hindeutet, dass korrelationsbasierte Schemata sich \u00fcber Entfernungs- und Bildgebungsaufgaben verallgemeinern lassen, bei denen Umgebungslicht ein wesentliches Hindernis darstellt.<\/p>\n Vor dem von Bristol geleiteten Distanzexperiment hatten andere Gruppen bereits quanteninspirierte Ideen zur Verbesserung der LiDAR\u2011Aufl\u00f6sung getestet. Ein Team nutzte quanteninspirierte Interferometrie mit klassischem Licht, um die Tiefenaufl\u00f6sung zu verbessern, und berichtete, dass ihr Ansatz Oberfl\u00e4chen unterscheidet, die weniger als 2 mm auseinanderliegen, w\u00e4hrend ein Potential f\u00fcr Aufl\u00f6sungen im Mikrometerbereich beansprucht wurde, laut einem Bericht \u00fcber Arbeit in Optics Express<\/a>. Diese Studie konzentrierte sich auf die Unterscheidung eng beieinanderliegender Schichten statt auf absolute Langstreckenmessung, wies aber auf dieselbe Strategie hin, Konzepte aus der Quanteninterferometrie zu \u00fcbernehmen, ohne verschr\u00e4nkte Photonen zu ben\u00f6tigen.<\/p>\n Zusammen bilden das Optics Express\u2011Tiefenaufl\u00f6sungs\u2011Experiment, der All\u2011Faser\u2011LiDAR\u2011Empf\u00e4nger mit \u00fcber 100 dB In\u2011Band\u2011Rauschunterdr\u00fcckung und der neue 154,8182 m Submillimeter\u2011Entfernungsmesser eine Entwicklungslinie. Jeder Schritt erh\u00f6ht entweder Aufl\u00f6sung, Rauschtoleranz oder absolute Distanzgenauigkeit, w\u00e4hrend die Hardware weitgehend klassisch bleibt, wie in den Nature Communications\u2011Artikeln \u00fcber time\u2013frequency correlation<\/a> und energy\u2013time-inspired ranging<\/a> beschrieben. Die Zitierpfade in diesen Papieren umfassen Verweise auf Arbeiten von Institutionen wie Cornell University<\/a>, was darauf hindeutet, dass der Ansatz auf einer breit gef\u00e4cherten theoretischen Basis aus Quantenoptik und Signalverarbeitung aufbaut.<\/p>\n Die institutionelle Stellungnahme des Bristol-Teams beschreibt ein quanteninspiriertes Lasersystem, das Submillimeter\u2011Entfernungsmessungen liefert, und sagt, die Forscher h\u00e4tten ihre Hypothese durch Betrieb in realen Umgebungen bewiesen, so die Pressemitteilung der Universit\u00e4t<\/a>. Diese Darstellung legt nahe, dass die Gruppe die Arbeit als Br\u00fccke zwischen abstrakter Quantenmetrologie-Theorie und einsetzbarer Sensortechnik sieht. F\u00fcr Bereiche wie Vermessung, Verkehr und industrielle Automatisierung ist die zentrale Frage, ob solche Systeme zu kompakten, erschwinglichen Instrumenten entwickelt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n Theoretische Grenzen aus der Analyse der quantenbasierten Pulskompression in Physical Review Letters<\/a> deuten darauf hin, dass es weiterhin eine Obergrenze daf\u00fcr gibt, wie viel Pr\u00e4zision ein klassisches oder quanteninspiriertes Schema bei gegebener Bandbreite und Energie erreichen kann. Zugleich wird in der \u00dcbersicht zu langreichweiten SPAD\u2011basierten LiDAR in <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Ein Forschungsteam hat einen quanteninspirierten Laser-Entfernungsmesser demonstriert, der Entfernungen mit Submillimeter-Genauigkeit \u00fcber eine stadtweite Distanz misst und dabei nur wenige zehn Mikrowatt optischer Leistung verwendet. Zwischen zwei Geb\u00e4uden aufgezeichnet, betrug die gemessene Stand-off-Distanz 154,8182 m mit einer Pr\u00e4zision besser als 0,1 mm bei Integrationszeiten von etwa 100 ms. Die Gruppe berichtet, dass das Experiment unter […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":1352353,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"om_disable_all_campaigns":false,"footnotes":""},"categories":[284,361],"tags":[],"class_list":["post-1352826","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-nicht-kategorisiert","category-technologie"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/morningoverview.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1352826","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/morningoverview.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/morningoverview.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/morningoverview.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/morningoverview.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1352826"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/morningoverview.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1352826\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":1353125,"href":"https:\/\/morningoverview.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1352826\/revisions\/1353125"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/morningoverview.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/1352353"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/morningoverview.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1352826"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/morningoverview.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1352826"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/morningoverview.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1352826"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}Von Verschr\u00e4nkungs-Ideen zur klassischen Hardware<\/h2>\n
Warum Submillimeter-Genauigkeit bei 154,8182 m wichtig ist<\/h2>\n
Wie es sich gegen\u00fcber bestehenden LiDAR-Grenzen verh\u00e4lt<\/h2>\n
Rauschunterdr\u00fcckung und raue Umgebungen<\/h2>\n
Fr\u00fchere quanteninspirierte Aufl\u00f6sungsgewinne<\/h2>\n
Was das f\u00fcr Sensorik und Kartierung bedeutet<\/h2>\n