Удалось на 90% сократить квантовый шум в лазерном луче — и создать устройство для поиска гравитационных волн и квантовой криптографии.
Самый чистый луч: Постоянство света

Свет свету рознь: излучение обычной лампы накаливания — настоящая смесь разных длин волн и фаз, а лазерный луч монохроматичен (то есть, обладает строго определенной длиной волны) и когерентен (то есть, фазы всех его волн меняются синхронно). Однако и лазеры подвержены эффекту фотонного шума. Дело в том, что среднее число фотонов луча не остается постоянным. Если за некоторое время их приходит N, то чем короче этот промежуток времени, тем выше отклонение от этого числа. Для большинства практических решений это несущественно, но когда дело идет о технологиях и исследованиях высочайшей точности, фотонный шум становится серьезной проблемой.

Немецкие физики во главе с Романом Шнабелем (Roman Schnabel) сумели снизить фотонный шум сразу в 10 раз, использовав эффект «сжатия» лазерного луча, в результате чего распределение фотонов во времени стало на порядок более равномерным. Технически, добиться этого удалось, использовав кристалл с двойным преломлением. Для подготовки к работе его освещали лазером, так что узлы атомарной решетки кристалла начинали синхронно колебаться с частотой колебаний «стимулирующего» лазерного луча. И лишь затем на кристалл воздействовали вторым лазером, инфракрасным. При этом кристалл мог регулировать непостоянство фотонов в этом луче: задерживал избыточные и возвращал их обратно в луч, когда число фотонов в луче снижалось. В итоге исследователям удалось получить стабильный «сжатый» лазерный луч, не только монохроматичный и когерентный, но и с почти постоянным числом фотонов, передаваемых в единицу времени.

Такие «сверхчистые» лучи найдут применение, например, в квантовой криптографии: любое постороннее вмешательство в зашифрованный с его помощью поток информации автоматически вызовет резкое повышение фотонного шума, а значит — будет бесполезным для получения секретов. Они послужат прекрасным инструментом и в детекторах гравитационных волн: ученые во главе со Шнабелем уже дорабатывают конструкцию для использования в европейском гравитационном детекторе GEO600. А уж обнаружение гравитационных волн станет важнейшим прорывом для современной науки. Подробнее о гравитационных волнах и об охоте на них мы писали в статье «Рябь пространства-времени».

По публикации PhysOrg.Com