Квантовая линейка от наших ученых

Ученые из РКЦ, МФТИ, ФИАН и Института оптики Парижа придумали необычную "квантовую линейку", которая позволяет измерять расстояния в сотни километров с точностью до миллиардных долей метра, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

"Эта техника позволяет использовать квантовые эффекты для повышения точности измерения расстояния между наблюдателями, которые отделены друг от друга средой с потерями. В такой среде квантовые характеристики света легко разрушаются", — объясняет Александр Львовский из Российского квантового центра в Москве и университета Калгари (Канада).

По словам Львовского, его команде удалось найти способ создавать особое состояние квантовой запутанности между частицами света, которое будет особенно чувствительно к малейшим изменениям в расстоянии между связанными друг с другом частицами.

Речь идет о так называемых N00N-состояниях фотонов, в которых возникает суперпозиция пространственных положений не одного фотона, а сразу множества. Иными словами, многофотонный лазерный импульс одновременно находится в двух точках пространства.

Измерительные приборы, использующие подобные "запутанные" импульсы, будут чувствовать даже малейшие различия в расстоянии до наблюдаемого предмета, так как сдвиги даже на миллиардные доли метра будут менять "картинку" из темных и светлых полосок, возникающую при наложении двух лучей N00N-лазеров друг на друга.

Такие "линейки", как отмечают Львовский и коллеги, могут помочь физикам из коллаборации LIGO заметно увеличить точность измерения расстояния между тестовыми массами в детекторе гравитационных волн. Правда, для этого придется решить массу практических проблем, прежде чем подобные измерительные приборы войдут в научную практику.

"Проблема в том, что N00N-состояния чрезвычайно чувствительны к потерям. Проходя большие расстояния – как в атмосфере, так и по волоконным каналам – луч света неминуемо ослабляется. Для обычного, классического света это не так страшно. А вот если запутанное световое состояние пройдёт через среду даже с небольшими потерями, и запутанность "распутается", и никакой выгоды мы от неё уже не получим", – поясняет физик.

Львовский и его коллеги из РКЦ нашли способ решить эту проблему, используя необычный квантовый феномен, известный как "обмен запутанностями". В его рамках физики параллельно измеряют некоторые свойства двух пар запутанных частиц, что позволяет им перенести хрупкое N00N-состояние из одной точки в другую, по сути "склеив" фотоны из двух пар в единое целое, используя принцип обратимости времени, которому подчиняются все законы квантовой механики.

Как отметил Александр Уланов, другой автор статьи из Московского физтеха, эксперименты, проведенные в РКЦ, показали, что подобная методика позволяет получать N00N-состояния для фотонов, пролетевших примерно 50 километров расстояния через воздух. Это позволяет обеспечить сверхточные измерения дистанций в сотни километров, что вполне удовлетворяет современным требованиям астрономов – плечо интерферометра LIGO, к примеру, имеет длину около 4 километров.

21/06/2016

Источники: http://ria.ru