Ученые смогли уменьшить квантовый шум в лазерном луче на 90%

Ученые смогли уменьшить квантовый шум в лазерном луче на 90% и создать устройство для квантовой криптографии и поиска гравитационных волн.

Но свет различных источников различается по своим свойствам, и, в первую очередь, по спектральному составу. Например, свет, излучаемый обычной лампой накаливания представляет собой смесь различных длин волн и фаз, лазерное же излучение когерентно. Когерентность означает не только монохроматичность излучения, но и синфазность волн. Тем не менее, так называемый фотонный шум присутствует и в лазерном излучении, поскольку число фотонов луча непостоянно. Правда, для большинства практических задач это изменение несущественно, но только не в том случае, когда речь идет о технологиях и исследованиях особо высокой точности – для них фотонный шум может стать серьезной проблемой.

Группе немецких физиков, возглавляемой Романом Шнабелем (Roman Schnabel) удалось снизить фотонный шум в 10 раз, используя двулучепреломляющий кристалл. Кристалл освещали специальным лазером, вследствие чего узлы атомарной решетки кристалла начинали синхронно колебаться с частотой колебаний «стимулирующего» лазерного луча.

И лишь затем на кристалл воздействовали вторым лазером, инфракрасным. Подобным способом удалось регулировать число фотонов в лазерном луче: избыточные фотоны задерживались и возвращались обратно в луч, когда число фотонов в луче снижалось. В итоге удалось получить стабильный «сжатый» лазерный луч, не только когерентный, но и с почти постоянным числом фотонов, передаваемых в единицу времени.

Подобные «сверхчистые» лучи могут быть полезными 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.