Впервые квантовое сжатие применено к одиночным фотонам

Стандартный способ квантового «сжатия» света заключается в облучении нелинейного кристалла интенсивным лучом лазера. Получаемый свет имеет очень низкий уровень шума и может применяться для детектирования слабых сигналов, например, гравитационных волн.

Уже более трех десятков лет существует теоретическое обоснование альтернативного, резонансно-флюоресцентного метода «сжатия». Если одиночный атом возбуждается небольшим количеством света, то рассеиваемые им фотоны, как было показано в 1981 г., будут «сжатыми». Однако постановка проверочного эксперимента в то время считалась настолько сложной, что даже учебник квантовой физике советовал распроститься с надеждами когда-либо измерить этот эффект.

Доказать обратное удалось только сейчас группе ученых Кембриджского университета. В журнале Nature они рассказали об успешной демонстрации квантового сжатия индивидуальных фотонов с использованием искусственного атома — полупроводниковой квантовой точки.

«Нам удалось это осуществить благодаря появлению искусственных атомов, которые превосходят естественные по оптическим свойствам», — сообщил профессор Мете Ататюр (Mete Atature). Коллектив под его руководством направлял маломощный луч лазера на искусственный атом, и возбужденная квантовая точка испускала поток индивидуальных фотонов.

Хотя обычно шумы, связанные с фотонной активностью, превышают уровень шума квантового вакуума, в данном эксперименте исследователи воспользовались принципом неопределенности Гейзенберга, выбрав нужный им компромисс между тем, что может и тем, что не может быть измерено. Рассеянием слабого лазерного света от квантовой точки шум части электромагнитного поля был с высокой точностью уменьшен до уровня ниже стандартных флуктуаций вакуума. Это буквально означает, что ученым удалось создать уровень шума ниже, чем ничто, действуя в рамках законов квантовой физики.

Ататюр добавляет, что основной задачей эксперимента было просто продемонстрировать ранее никем не наблюдавшееся свойство одиночных фотонов. Как и снимки поверхности Плутона или доказательство существования пентакварков это достижение вряд ли будет иметь немедленное практическое значение. «Мы сделали это потому, что стремились узнать что-то новое. В этом и состоит суть науки», — отметил он.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365