|
Впервые порулили квантовой неопределённостью
|
|
|
|
Исследователи из Университета Аризоны, работающие с международной командой, зафиксировали и контролировали квантовую неопределенность в реальном времени с помощью сверхбыстрых световых импульсов. Их открытие, опубликованное в журнале Light: Science & Applications, может привести к повышению безопасности связи и развитию сверхбыстрой квантовой оптики. В основе этого прорыва лежит "сжатый свет", - сказал Мохаммед Хассан, автор-корреспондент статьи и доцент кафедры физики и оптических наук.
|
|
|
|
В квантовой физике свет определяется двумя взаимосвязанными свойствами, которые примерно соответствуют положению частицы и ее интенсивности, но никогда не могут быть известны с абсолютной точностью — понятие, известное как неопределенность. Результат этих двух измерений не может быть ниже определенного порога, подобно фиксированному количеству воздуха в воздушном шаре, при этом каждое измерение соответствует одной стороне воздушного шара.
|
|
|
|
"Обычный свет подобен круглому воздушному шару, неопределенность которого равномерно распределена между измерениями", - сказал Хассан. "Сжатый свет, также известный как квантовый свет, растягивается в овал, где одно свойство становится тише и точнее, в то время как другое становится более шумным".
|
|
|
|
Это сжатие имеет реальные применения: детекторы гравитационных волн уже используют сжатый свет, чтобы пробиться сквозь фоновый шум и обнаружить слабую рябь в пространстве-времени, вызванную удаленными небесными телами.
|
|
|
|
|
|
|
Предыдущие применения сжатого света основывались на лазерных импульсах длительностью миллисекунды. Хассан хотел выяснить, возможно ли генерировать сжатый свет с помощью сверхбыстрых импульсов, измеряемых фемтосекундами или одной квадриллионной долей секунды.
|
|
|
|
"Создание квантового света с помощью сверхбыстрых лазерных импульсов стало бы революционным шагом и первой реальной реализацией, сочетающей квантовую оптику и сверхбыструю науку", - сказал он. "Основной технической задачей было согласование фазы между лазерами разных цветов, что обычно требует сложной настройки. Я понял, что наша технология может решить эту проблему".
|
|
|
|
Хасан и его коллеги разработали новый метод получения чрезвычайно коротких вспышек света, используя существующий процесс, называемый четырехволновым смешиванием, при котором различные источники света взаимодействуют и комбинируются друг с другом. Основываясь на предыдущей работе Хассана со сверхбыстрыми импульсами, команда разделила лазер на три идентичных луча и сфокусировала их на плавленом кремнеземе, создавая сверхбыстрый сжатый свет.
|
|
|
|
Более ранние подходы к сверхбыстрому сжатому свету уменьшают неопределенность в фазе фотона или его положении в форме волны относительно длины волны. Вместо этого команда Хассана уменьшила интенсивность фотона и продемонстрировала способность колебаться между интенсивностью и фазовым сжатием, регулируя положение кремнезема относительно расщепленного луча.
|
|
|
|
Если кремнезем расположен перпендикулярно, все фотоны попадают одновременно. Слегка измените угол падения, и один фотон прилетит позже другого. Это небольшое изменение и управляет сжатием.
|
|
|
|
"Это первая в истории демонстрация сверхбыстрого сжатого света и первое измерение квантовой неопределенности в режиме реального времени и контроль за ней", - сказал Хассан. "Комбинируя сверхбыстрые лазеры с квантовой оптикой, мы открываем двери в новую область - сверхбыструю квантовую оптику".
|
|
|
|
Команда разработчиков уже применила свою технологию в области защищенной связи. Хотя ранее для передачи двоичных данных использовались сверхбыстрые и сжатые световые импульсы по отдельности, их сочетание повышает как скорость, так и безопасность.
|
|
|
|
"Если кто—то перехватит данные, отправленные с помощью квантового света, сеть немедленно обнаружит вторжение, но злоумышленник все равно может получить некоторую информацию с помощью ключа декодирования", - сказал Хассан. "Используя наш метод, перехватчик не только нарушает квантовое состояние, но и должен знать как ключ, так и точную амплитуду импульса. Их помехи влияют на сжатие амплитуды, что означает, что они не могут определить правильную неопределенность, и любые расшифрованные данные являются неточными".
|
|
|
|
Хассан надеется, что сверхбыстрый квантовый свет не только обеспечит безопасную связь, но и продвинет вперед квантовое зондирование, химию и биологию, что приведет к более точной диагностике, новым методам разработки лекарств и сверхчувствительным детекторам для мониторинга окружающей среды.
|
|
|
|
Хасан работал вместе с Мохаммедом Сеннари, аспирантом, изучающим оптику и физику, и первым автором статьи; Мохаммедом Элькаббашем, доцентом кафедры оптических наук; и сотрудниками Барселонского института науки и технологий, Мюнхенского университета Людвига Максимилиана и Каталонского института научных исследований и перспективных разработок.
|
|
|
|
Источник
|
