Новости

Российские физики повысили энергию света, отобрав у него фотоны

Российские физики разработали установку, которая позволяет отделять (отщеплять, как говорят специалисты) от света фотоны буквально по одному и при этом пристально следить за его квантовым состоянием. Разработанный метод существенно расширяет возможности управления светом на квантовом уровне и уже сейчас может быть использован для увеличения точности определённых оптических приборов.
Управление светом на квантовом уровне – основная задача квантовой оптики. Добавляя и уменьшая количество фотонов заданным образом, можно получать различные экзотические состояния света. Они могут использоваться в системах передачи и обработки информации и точных измерительных приборах.
Главный источник света в нашем мире – Cолнце. Свет нашего светила, равно как свет лампы накаливания или свечи находится, как говорят специалисты, в тепловом квантовом состоянии. Парадоксально, но, уменьшив число фотонов, можно увеличить энергию такого света (довольно сложно объяснить, в чём тут дело, не углубляясь в дебри квантовой физики, просто поверим учёным на слово).
Этот эффект можно использовать для регистрации предельно слабого излучения, у которого не хватает энергии, чтобы запустить в детекторе нужный физический процесс.
"Основная цель работы заключалась в том, чтобы разработать простой метод по отщеплению заданного и достаточно большого числа фотонов от произвольного состояния света", – рассказал один из авторов статьи Константин Катамадзе, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник кафедры квантовой электроники отделения радиофизики физического факультета МГУ.
Учёные разработали такой метод и протестировали его на тепловом состоянии света. Правда, для экспериментов нужна интенсивность излучения, которую не получишь с помощью лампочки. Но ещё в 60-х годах прошлого века физики поняли, что тепловое излучение нужной интенсивности можно получить, пропустив лазерный луч через вращающийся матовый диск, который случайным образом меняет интенсивность и фазу излучения.
Для отщепления фотонов авторы использовали светоделитель (устройство, делящее луч света на две части) с малым коэффициентом отражения. Такой прибор пропускает через себя почти весь свет, но малую его долю отражает в заданном направлении. Для регистрации отражённого излучения применялся детектор, способный улавливать отдельные фотоны. Регистрация фотона этим детектором означала, что фотон отщеплён у света, прошедшего через светоделитель.
Ключевая особенность эксперимента состоит в том, что учёные подобрали временные параметры теплового излучения таким образом, чтобы один детектор мог последовательно зафиксировать несколько фотонов, отщеплённых от одного и того же квантового состояния света.
Специально для этой задачи учёные из Физико-технологического института РАН разработали метод статистической обработки экспериментальных данных, который позволил собрать точные данные о полученных в результате эксперимента квантовых состояниях. Как уточняется в пресс-релизе МГУ, один за другим было отщеплено десять отдельных фотонов.

"Разработанный метод может быть в дальнейшем использован для отщепления и добавления фотонов к неклассическим состояниям света, что, безусловно, найдет применение в задачах квантовой информации и квантовой метрологии", – заключил Катамадзе.

Добавим, что в работе принимали участие учёные из Московского государственного университета, Физико-технологического института РАН, Национального исследовательского ядерного университета МИФИ и Национального исследовательского университета МИЭТ. Результаты исследований опубликованы в журнале Physical Review A.
К слову, "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее писали о том, как учёные придумали способ запереть свет внутри прозрачного материала, остановили свет на целую минуту и закрутили световую волну в спираль.
Читайте также
Античный драматург Софокл — прадедушка фотографии и кино?
Античный драматург Софокл — прадедушка фотографии и кино?
Почему в Античности не додумались создать фотоаппарат?
«Филиал ада»: возможна ли жизнь на Венере, и если да, то какая?
«Филиал ада»: возможна ли жизнь на Венере, и если да, то какая?
На Венере обнаружен газ фосфин. Многие сочли это признаком жизни. Ликуем?
Если долго сидеть вредно, может, лучше работать лежа?
Если долго сидеть вредно, может, лучше работать лежа?
Работать в гамаке или мягком кресле полезнее, чем в положении сидя?