Verschränkung könnte Kosten von GW-Observatorien reduzieren

10. Februar 2020

Foto: Ag Schnabel

Abb.: Gezeigt sind die Erzeugung von Gravitationswellen durch sich umkreisende schwarze Löcher, der Effekt der Gravitationswelle für einen ausgewählten kleinen Bereich der Raum-Zeit-Metrik und die Messung der Änderung der Raum-Zeit-Metrik mit einem Gravitationswellenobservatorium. Die Skizze zeigt den Verlauf der Laserstrahlen zwischen Spiegeln. Die verschränkten Laserstrahlen haben kaum Leistung und leicht andere Wellenlängen als der Hauptstrahl (in rot).

Quantenrauschen ist einer der limitierenden Faktoren bei hochaufgelösten Aufnahmen von Gravitationswellen. Jüngst haben wir im Labor gezeigt, wie sich durch die Verschränkung von Laserlicht die Sensitivität der Gravitationswellenobservatorien verbessern lässt. Unsere Ergebnisse sind in Nature Photonics erschienen.

Link: https://www.nature.com/articles/s41566-019-0583-3

Seit April 2019 nutzen alle Gravitationswellenobservatorien Laserlicht mit gequetschter Quantenunschärfe um die Messempfindlichkeit zu erhöhen. Allerdings liefert dieses Verfahren nur eine Verbesserung für Signalfrequenzen oberhalb von 100 Hz. Mit unserem neu entwickelten Verfahren lässt sich die Empfindlichkeit für Gravitationswellensignale auch unter 100 Hz erhöhen. Dazu wird der Haupt-Laserstrahl des Observatoriums mit zwei schwachen verschränkten Laserstrahlen überlagert. Die Quantenunschärfen verschränkter Laserstrahlen sind spiegelsymmetrisch zu einander. Bei der Überlagerung der verschränkten Strahlen im Ausgang des Observatoriums heben sich die spiegelsymmetrischen Unschärfen bei allen Signalfrequenzen nahezu auf. Alle Frequenzanteile der Gravitationswellensignale sind so in deutlich besserer Auflösung sichtbar. Durch dieses Verfahren lassen sich möglicherweise die Kosten für den Betrieb eines Gravitationswellenobservatoriums deutlich senken.